УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ Российский патент 1995 года по МПК F02M31/08 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с устройствами для подогрева воздуха при помощи тепла отработавших газов.

Известно устройство для регулирования температуры топлива и воздуха в карбюраторе. Карбюратор имеет смесительный клапан регулирующий поступление воздуха в зависимости от температуры. Клапан имеет два подводящих патрубка, в один из которых поступает холодный атмосферный воздух, а в другой воздух, подогретый отработавшими газами, проходящими по выпускному трубопроводу двигателя. Клапан снабжен датчиком температуры, который управляет клапаном в зависимости от температуры внутри впускного трубопровода двигателя [1]
Однако данное устройство имеет следующие недостатки: усложнение воздушного тракта, появляется создание дополнительного патрубка для подвода подогретого воздуха;
происходит постоянный контакт патрубка для подогретого воздуха с отработавшими газами, что снижает надежность и срок службы.

Однако некоторые из указанных недостатков устраняются в следующем устройстве, содержащем по меньшей мере один цилиндр, подсоединенные к нему впускной коллектор и выхлопную магистраль, задатчик режима работы, подключенный к дроссельной заслонке карбюратора, установленного во впускном коллекторе, теплообменник, нагреваемые поверхности которого включены в выхлопную магистраль, а охлаждаемые через перепускной клапан к впускному коллектору, регулятор температуры воздуха, снабженный датчиком, и заслонку, установленную в перепускном канале. С целью повышения экономичности двигателя на частичных режимах выхлопная магистраль выполнена с байпасным каналом и органом его перекрытия, нагреваемые поверхности теплообменника размещены в байпасном канале, датчик регулятора температуры воздуха установлен в перепускном канале, регулятор связан с органом перекрытия байпасного канала, а заслонка перепускного канала подсоединена к задатчику режима работы [2]
Однако данная система также не лишена недостатков.

Усложнение впускного и выпускного трактов ведет прежде всего к увеличению гидравлического сопротивления на впуске и выпуске, что ухудшает эффективные показатели двигателя и не полное использование возможности повышения экономичности двигателя внутреннего сгорания.

Усложнение системы контроля и увеличение количества регулирующих органов ведет к снижению надежности работы всей системы.

В системе регулирования вводится коррекция подогрева воздуха как от температуры окружающей среды, так и в зависимости от нагрузки, но обеспечивается это только на частичных режимах работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для подогрева воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. Отработавшие газы проходят между трубами, где установлен теплообменник 3, так что подогревают воздух, поступающий от воздушного фильтра во впускной коллектор дизельного двигателя.

Биметалличекий термостат устанавливает дроссельную заслонку, которая регулирует долю отработавших газов, проходящих через теплообменник, по оребренному теплоаккумулирующему блоку к выпускной трубе. В выпускном канале на входе в теплообменник установлен завихритель [3]
Но и это устройство имеет ряд недостатков.

Дроссельная заслонка регулирующего органа находится внутри выпускной трубы. Такое расположение связано со сложностью ее изготовления, а значит и снижением надежности.

Усложнена возможность точного регулирования потока отработавшего газа, что вызвано тем, что дроссельная заслонка постоянно находится в потоке отработавшего газа, и удержание ее в фиксированном положении связано с усложнением схемы связи с биметаллическим термостатом. Все это требует дополнительных усилий для удержания дроссельной заслонки в определенном положении.

Цель изобретения повышение точности регулирования температуры свежего заряда и упрощение конструкции блока регулирования.

Это достигается тем, что устройство для тепловой обработки воздуха выхлопными газами содержит впускной трубопровод, снабженный теплообменником, блок регулирования выхлопных газов, соединенный с трактом выпуска и с теплообменником, при этом блок регулирования имеет корпус, к стенке которого одним концом жестко прикреплена биметаллическая пластина, над которой расположен неподвижный диск с окнами, соосно с которым крепится подвижный диск с аналогичными окнами и имеющий ограничитель, закрепленный на боковой поверхности окна с возможностью его перемещения и проходящий через окно неподвижного диска, и соединенные со свободным концом биметаллической пластины.

Изобретение имеет новые существенные признаки.

Над биметаллической пластиной, жестко прикрепленной одним концом к стенке корпуса блока регулирования, расположен неподвижный диск с окнами. Соосно с неподвижным диском над ним расположен подвижный диcк с аналогичными окнами. На подвижном диске выполнен ограничитель, закрепленный на боковой поверхности окна с возможностью его перемещения. Ограничитель проходит через окно неподвижного диска и соединен со свободным концом биметалличекой пластины. Повышение точности регулирования достигается как за счет влияния температуры отработавшего газа, так и за счет температуры окружающей среды, что позволяет плавно регулировать величиной перекрытия окон подвижного и неподвижного дисков.

Таким образом применение блока регулирования, установленного в выпускном тракте дизеля позволяет повысить точность регулирования количества отработавшего газа для подогрева свежего заряда за счет установки блока регулирования на выходе выпускного тракта, а также повысить точность регулирования за счет того, что подвижный и неподвижный диски расположены перпендикулярно движению отработавших газов. Расположение подвижного диска над неподвижным диском позволяет обеспечить без дополнительных усилий поворот вокруг оси, так как постоянный напор отработавших газов отталкивает подвижный от неподвижного диска, обеспечивая тем самым постоянный минимальный зазор между ними, что уменьшает износ соприкасающихся поверхностей.

При работе двигателя на режимах полной мощности подвижный диск поворачивается на максимальный возможный угол, что обеспечивает полное открытие окон, тем самым давление со стороны отработавшего газа на диск исчезает.

Повышение точности регулирования обеспечивается за счет того, что ограничитель, установленный на подвижном диске, также является связующим звеном с биметаллической пластиной, что позволяет сократить количество единиц блока регулятора, а следовательно, и повысить надежность.

Повышение точности регулирования достигается за счет совместного влияния как температуры отработавшего газа, так и температуры окружающей среды позволяет плавно регулировать величиной перекрытия подвижного и неподвижного дисков.

Возможность перемещения ограничителя по боковой поверхности окна позволяет добиваться корректировки по величине угла поворота подвижного диска, чем обеспечивается более точная работа блока регулятора.

Такая конструкция блока регулятора обеспечивает работу данной схемы на всем температурном интервале эксплуатации дизеля.

На фиг.1 представлено схематично устройство для тепловой обработки воздуха выхлопными газами; на фиг.2 блок регулирования; на фиг.3 то же, вид сверху.

Устройство содержит выпускной канал (тракт выпуска) 1 для отработавших выхлопных газов, впускной канал (трубопровод) 2 для свежего заряда, где оба эти канала соединены с входами в теплообменник 3, а также канал 1 связан с блоком 4 регулирования выхлопных газов. Каналы 5 и 6 являются выходными окнами из теплообменника 3 и соответственно канал 5 служит для выхода использованных отработавших выхлопных газов, а канал 6 для подачи подогретого свежего заряда в воздушный фильтр дизеля. Блок 4 состоит из корпуса 7, биметаллической пластины 8, жестко прикрепленной одним концом к стенке корпуса 7 блока регулятора. Также имеется неподвижный диск 9 с окнами, соосно с которыми над ним закреплен подвижный диск 10 с аналогичными окнами. Диски 9 и 10 соединены таким образом, что подвижный диск 10 может свободно вращаться вокруг своей оси 11. Имеется также ограничитель 12 поворота подвижного диска 10, который крепится на боковой поверхности окна подвижного диска 10 с возможностью его перемещения и проходящий через окно неподвижного диска 9 и соединенный со свободным концом биметаллической пластины 8.

Устройство работает следующим образом.

Когда двигатель работает на режимах холостого хода или малых нагрузок, температура отработавших газов низкая, в данной ситуации необходимо использовать всю энергию отработавших газов. На данном режиме работы двигателя подвижный диск 10 находится в таком положении, что окна дисков 10 и 9 перекрыты. Работа биметаллической пластины 8 рассчитана таким образом, что момент начала срабатывания наступает при достижении температуры отработавших газов, равной Т_г 200^оС, и это соответствует загрузке двигателя (20-25)% от N_eн. При увеличении нагрузки температура отработавших газов растет, что в свою очередь изменяет изгиб биметаллической пластины 8, а она уже изменяет положение подвижного диска 10 относительно неподвижного диска 9, создавая совпадение на дисках окон, и тем самым регулируется количество подаваемого отработавшего газа в теплообменник 3. Полное открытие окон происходит при работе дизеля на номинальной нагрузке, где поворот подвижного диска 10 ограничивается огpаничителем 12. Когда снижается температура окружающей среды, изменяется температура отработавших газов, что сразу оказывает влияние на изгиб биметаллической пластины, т.е. вводится также корректировка от температуры окружающей среды. Ограничитель поворота 12 используется также, как и корректор по температуре окружающей среды. С понижением температуры окружающей среды возникает необходимость частичного подогрева свежего заряда на впуске при работе дизеля на номинальной нагрузке, что прежде всего связано с тем, что идет резкое ухудшение динамических показателей работы дизеля. В связи с этим ограничитель 12 передвигается по боковой поверхности окна подвижного диска 10 к центру, тем самым за счет своей толщины ограничитель 12 при повороте упирается раньше в неподвижный диск 9 и сокращает сектор совпадения между окнами дисков 9 и 10. Блок 4 регулирования позволяет осуществлять плавное регулирование температуры на впуске при использовании всего интервала нагрузки N_e (0,1)N_ен. Прежде всего, подогревая свежий заряд на режимах холостого хода, малых и средних нагрузок улучшаются эффективные показатели работы дизеля и динамические показатели при его работе на режимах N_e (0,8.1)N_ен. При такой системе регулирования в теплообменник поступает определенное количество отработавшего газа, что увеличивает срок его службы.

Использование: в двигателестроении, в устройствах для подогрева воздуха при помощи тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит впускной трубопровод для свежего заряда, снабженный теплообменником, блок регулирования выхлопных газов, соединенный с трактом выпуска и с теплообменником, при этом блок регулирования содержит корпус, к стенке которого одним концом жестко прикреплена биметаллическая пластина, над которой расположен неподвижный диск с окнами, соосно с которым крепится подвижный диск с аналогичными окнами, имеющий ограничитель, закрепленный на боковой поверхности окна с возможностью его перемещения, проходящий через окно неподвижного диска и соединенный со свободным концом биметаллической пластины. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ для двигателя, содержащее впускной трубопровод, снабженный теплообменником, блок регулирования выхлопных газов, соединенный с трактом выпуска и теплообменником, отличающееся тем, что на стенке корпуса блока регулирования выхлопных газов жестко закреплена биметаллическая пластина, на которой расположен неподвижный диск с окнами, соосно с которым крепится подвижный диск с аналогичными окнами и ограничителем, закрепленным на боковой поверхности окна с возможностью его перемещения, причем ограничитель проходит через окно неподвижного диска и соединен со свободным концом биметаллической пластины.