РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ Российский патент 1995 года по МПК F02D33/02 F02D23/02 F02B37/12 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с турбонаддувом, в частности к регулированию подачи в ДВС воздуха.

Известен регулятор наддува для двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащий клапан перепуска и клапан ограничения, причем входы обоих клапанов соединены с выходом из компрессора турбокомпрессора, выход клапана перепуска соединен с входом в турбину турбокомпрессора, а также управляющие устройства с чувствительными элементами, соединенными с полостью наддувочного воздуха.

Недостатками известного регулятора являются:
сброс части воздуха после компрессора в атмосферу при ограничении давления наддува, что приводит к снижению экономичности ДВС на полной мощности ввиду безвозвратной потери энергии, потраченной в компрессоре на сжатие этой части воздуха;
использование прямодействующего клапана ограничения давления наддува, что не обеспечивает точного поддержания предельного давления наддува;
применение электрической системы управления перепуском воздуха в турбину при частичных нагрузках, что усложняет регулятор и делает его зависимым от внешнего электропитания.

Кроме того, разбивка регулятора на конструктивно отдельные блоки, располагаемые в разных точках двигателя, усложняет систему регулирования за счет появления внешних линий связи, уменьшая вследствие этого его надежность.

Указанные недостатки можно уменьшить или исключить:
сбросом части воздуха после компрессора при регулировании предельного давления наддува на всасывание компрессора, поскольку в этом случае энергия сбрасываемого воздуха будет использована для подогрева всасываемого воздуха, что приведет к более интенсивному снижению давления наддува и за счет этого уменьшит потребный объем сбрасываемого воздуха и потерю с ним энергии;
переходом на регулирование предельного давления наддува с использованием промежуточного усиления, что позволяет обеспечить высокую точность регулирования;
применением гидравлического дроссельно-соплового регулирования с использованием масла под давлением из системы смазки двигателя, что делает регулятор не зависимым от внешнего источника энергии.

Кроме того, объединение узлов регулятора в единый конструктивный блок может упростить его размещение на двигателе и повысить его надежность за счет отказа от большинства внешних линий связи.

Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора и экономичности двигателя, на котором он устанавливается, за счет использования внутреннего источника энергии этого двигателя, отказа от большинства внешних линий связи и утилизации энергии сбрасываемого воздуха.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе давления наддува двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащем первый и второй перепускные клапаны с камерами управления, управляющее устройство с чувствительными элементами, соединенными с полостью наддувочного воздуха, причем входы первого и второго перепускных клапанов сообщены с выходом компрессора, выход первого перепускного клапана сообщен с входом турбины, согласно изобретению выход второго перепускного клапана сообщен с входом компрессора, управляющее устройство выполнено в виде двухстороннего сливного сопла с двумя подпружиненными заслонками, установленными с возможностью перекрытия двухстороннего сливного сопла, и одностороннего сливного сопла с третьей подпружиненной заслонкой, установленной с возможностью перекрытия одностороннего сливного сопла, камера управления первого перепускного клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом двухстороннего сливного сопла, камера управления второго перепускного клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом одностороннего сливного сопла, причем первая и вторая заслонки установлены с возможностью взаимодействия с первым и вторым чувствительными элементами, а третья заслонка - с третьим чувствительным элементом.

Кроме того, согласно изобретению регулятор снабжен дополнительным дросселем, установленным на сливе из камеры управления первым перепускным клапаном.

Согласно изобретению перепускные клапаны и управляющее устройство смонтированы в общем корпусе, установленном в месте отбора наддувочного воздуха, а пневматические и гидравлические соединения регулятора выполнены в корпусе в виде каналов.

На фиг. 1 представлена принципиальная пневмогидравлическая схема регулятора давления наддува и его подключения к системе турбонаддува ДВС; на фиг. 2 - регулятор давления наддува; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Блок 1 перепускных клапанов сообщен входами клапанов через линию 2 с приемным патрубком охладителя воздуха 3 дизеля 4 и содержит первый перепускной клапан 5, выход которого сообщен линией 6 с входом в турбину 7, и второй перепускной клапан 8, выход которого сообщен линией 9 с входом в компрессор 10.

Входы первого и второго перепускных клапанов соединены через охладитель воздуха 3 с выходом компрессора 10.

Каждый клапан имеет мембрану управления 11 и возвратную пружину 12.

Камера управления 13 первого перепускного клапана 5 и камера управления 14 второго перепускного клапана 8 соединены с напорной масляной магистралью двигателя через дроссели 15 и 16 соответственно.

Камера управления 13 первого перепускного клапана соединена со сливом через дроссель 17 и с входом двухстороннего сливного сопла управляющего устройства 20, седла 18 и 19 которого взаимодействуют с подпружиненными заслонками 21 и 22. Заслонки установлены с возможностью перекрытия этого сопла и взаимодействия с первым чувствительным элементом 23 и вторым чувствительным элементом 24 соответственно.

Чувствительные элементы 23 и 24 состоят каждый из соединенных между собой подвижными центрами мембраны с большим гофром и мембраны с малым гофром. Внутренние полости этих элементов соединены отдельно от линии 2 каналом 25 с полостью наддувочного воздуха в приемном патрубке охладителя 3. Первый чувствительный элемент 23 взаимодействует с пружинами 26 и 27, второй чувствительный элемент 24 - с пружинами 28 и 29. Усилия пружин 26 и 28 регулируются винтами (стаканами) 30 и 31. При правильной регулировке усилия пружин 27 и 28 больше, чем пружин 26 и 29, поэтому при отсутствии давления наддува заслонка 21 отодвинута от седла 18 двухстороннего сопла, а заслонка 22 прижата к его седлу 19.

Камера управления 14 второго перепускного клапана 8 соединена с входом одностороннего сливного сопла 32 третьего чувствительного элемента 33.

Мембрана 34 с заслонкой 35 третьего чувствительного элемента подпружинена пружиной 36 и образует с крышкой этого элемента полость управления, которая также соединена каналом 25 с полостью наддувочного воздуха. При отсутствии давления наддува мембрана 34 с заслонкой 35 отодвинута пружиной 36 от сопла 32.

Основой регулятора является корпус 37, установленный фланцем 38 в месте отбора воздуха, в нем выполнены в виде каналов все гидравлические и пневматические соединения.

При работе двигателя выхлопные газы из дизеля 4 поступают в турбину 7 турбокомпрессора, которая приводит в действие компрессор 10, он всасывает воздух, сжимает его и подает через охладитель 3 в двигатель.

Пока нагрузка на двигатель невелика, давление наддува, создаваемое компрессором 10, мало. Масло поступает из напорной магистрали двигателя через дроссель 15 и 16 в камеры управления 13 и 14 перепускных клапанов, вытесняет из них воздух и свободно сливается из камеры 13 через открытое седло 18 двухстороннего сопла и дроссель 17, а из камеры 14 через открытое сопло 32. Давление масла в этих камерах мало, оба перепускных клапана закрыты.

По мере роста нагрузки двигателя давление наддува растет и создает в полостях чувствительных элементов 23 и 24 усилие в сторону мембраны с большим гофром. Это усилие преодолевает сопротивление пружины 27 и перекрывает заслонкой 21 первого чувствительного элемента 23 седло 18 двухстороннего сопла. Слив из камеры управления 13 резко уменьшается, давление в ней растет и клапан 5 открывается. Наддувочный воздух частично поступает из компрессора 10, минуя дизель 4, по линии 6 в турбину 7, увеличивая общий расход через нее газа. Мощность турбины растет, давление наддува, создаваемое компрессором 10, возрастает, создается возможность увеличения нагрузки двигателя на этих режимах. Поскольку турбокомпрессор из-за повышения частоты вращения его ротора переходит в область более высоких КПД, общая экономичность двигателя возрастает. Сохраняющаяся на этом режиме небольшая прокачка масла через камеру 13 обеспечивает охлаждение мембраны 11.

При дальнейшем росте нагрузки и частоты вращения двигателя и связанного с этим расхода воздуха давление наддува турбокомпрессора приближается к своему расчетному режиму, на котором перепуск наддувочного воздуха в турбину становится излишним. Возросшее давление наддува создает в камере управления второго чувствительного элемента 24 повышенное усилие, преодолевает сопротивление пружины 28 и отводит заслонку 22 от седла 19. Давление в камере управления 13 падает, перепускной клапан 5 закрывается.

Турбокомпрессор может быть рассчитан на создание полного давления наддува при работе двигателя на полной мощности при положительной температуре всасываемого воздуха или при работе с частичной мощностью. Поэтому при работе двигателя при отрицательной температуре воздуха, а во втором случае при нагрузке, близкой к номиналу, давление наддува возрастает выше нормы и, действуя на мембрану 34, преодолевает сопротивление пружины 36, придвигает заслонку 35 к одностороннему соплу 32. Вследствие дросселирования слива давление в камере 14 возрастает, клапан 8 приоткрывается и сбрасывает часть наддувочного воздуха на всасывание компрессора 10. Расход воздуха через компрессор и температура воздуха на его всасывании возрастают, это прекращает рост давления наддува.

Таким образом, регулятор согласно изобретению обеспечивает:
повышение экономичности двигателя на полной мощности за счет утилизации тепла сбрасываемого воздуха при ограничении предельного давления наддува;
точное ограничение предельного давления наддува за счет непрямого гидравлического регулирования;
полную автономность регулятора при работе двигателя за счет дроссельно-соплового гидравлического регулирования с использованием масла из системы смазки двигателя.

Использование: двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: регулятор давления наддува содержит два перепускных клапана, один из которых служит для перепуска части наддувочного воздуха с выхода компрессора на вход турбины на промежуточных режимах двигателя, в другой - для ограничения максимального давления наддува перепуском части наддувочного воздуха в линию сброса. Управляющее устройство регулятора выполнено в виде двухстороннего и одностороннего сопел и взаимодействующих с ними трех подпружиненных заслонок. Корпус регулятора служит кронштейном для установки на двигатель и для коммутации пневматических и гидравлических каналов. Повышается надежность , уменьшаются затраты энергии за счет использования масла из системы смазки двигателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ, содержащий первый и второй перепускные клапаны с камерами управления, управляющее устройство с чувствительными элементами, соединенными с полостью наддувочного воздуха, причем входы первого и второго перепускных клапанов сообщены с выходом компрессора, а выход первого перепускного клапана - с входом турбины, отличающийся тем, что выход второго перепускного клапана сообщен с входом компрессора, управляющее устройство выполнено в виде двустороннего сливного сопла с двумя подпружиненными заслонками, установленными с возможностью перекрытия двустороннего сливного сопла и одностороннего сливного сопла с третьей подпружиненной заслонкой, установленной с возможностью перекрытия одностороннего сливного сопла, камера управления первого перепуского клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом двустороннего сливного сопла, камера управления второго перепускного клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом одностороннего сливного сопла, причем первая и вторая заслонки установлены с возможностью взаимодействия с первым и вторым чувствительными элементами, а третья заслонка - с третьим чувствительным элементом. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительным дросселем, установленным на сливе из камеры управления первым перепускным клапаном. 3. Регулятор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перепускные клапаны и управляющее устройство смонтированы в общем корпусе, установленном в месте отбора наддувочного воздуха, а пневматические и гидравлические соединения регулятора выполнены в корпусе в виде каналов.