УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОРМОЗНОЙ МОЩНОСТИ МНОГОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2012 года по МПК F02D9/06 F02D9/16 F02B37/22 F01N13/10 

Изобретение относится в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы к устройству для повышения тормозной мощности многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) транспортного средства в режиме торможения двигателем.

В основе изобретения лежат ДВС, которые располагают устройством торможения двигателем, а также, по меньшей мере, одним работающим на отработавших газах (ОГ) турбонагнетателем с работающей на отработавших газах (ОГ) турбиной и компрессором наддувочного воздуха, а, кроме того, содержат два выпускных коллекторных тракта, через которые вытолкнутые из нескольких цилиндров отработавшие газы, будучи объединенными в группы, подаются к впускному участку турбины. В качестве устройства торможения двигателем можно назвать, например, известное из публикации ЕР 0736672 В1 устройство в сочетании с защищенным в ней способом торможения двигателем. Он наилучшим образом зарекомендовал себя в сотнях тысяч ДВС, установленных в грузовых автомобилях и автобусах фирмы MAN, и известен в кругах специалистов как MAN-EVB (exhaust valve-brake/EVB^®). В этом способе в режиме торможения двигателем расположенные в выпускном тракте дроссельные заслонки находятся в положении дросселирования, в котором соответствующий выпускной тракт закрыт неполностью, так что мимо дроссельной заслонки через оставшуюся открытой с краю узкую щель может проходить часть скопившихся ОГ. Такая «лазейка» для ОГ необходима во избежание блокирования или глушения ДВС до остановки или его перегрева.

Хотя этот известный способ торможения двигателем обеспечивает высокую тормозную мощность, в некоторых случаях возникает потребность ее повышения в режиме торможения двигателем, чтобы сильнее разгрузить имеющиеся в транспортном средстве дополнительные тормозные системы, такие как ретардер, и рабочий тормоз, или сделать их с меньшими габаритами. Для этого необходимы дополнительные меры, приняв которые можно увеличить давление наддува в режиме торможения двигателем, в результате чего возникают заметно более высокие ответные давления ОГ.

Для достижения такого увеличения давления наддува для повышения тормозной мощности уже известны различные устройства и способы, более подробно описанные ниже.

Из ЕР 1762716 А1 известно ответвление от перекрываемого дроссельными заслонками участка выпускного коллектора, по меньшей мере, одной байпасной линии, которая позволяет обойти дроссельную заслонку, ведет в турбину и направляет там часть скопившихся ОГ на турбинное колесо турбонагнетателя. Там предусмотрена только одна черно-белая схема, т.е. если дроссельные заслонки в обоих выпускных трактах находятся в закрытом положении, то обе байпасные линии открыты, а когда дроссельные заслонки находятся в открытом положении, в байпасные линии ОГ проникать не могут.

Гораздо более претенциозное решение, из которого исходит настоящее изобретение, известно из ЕР 1801392 А2. В этой публикации байпасные линии сообщаются соответственно с выполненным в стенке турбины сопловым отверстием, и каждая байпасная линия выполнена с возможностью перекрытия управляемым клапаном или настройки на проход. Каждый из этих обоих клапанов требует собственного серводвигателя с соответствующими энергоснабжением и электронным управлением. Точно так же обе дроссельные заслонки требуют собственного серводвигателя с соответствующими энергоснабжением и электронным управлением. Эти затраты на средства управления для достижения желаемого повышения тормозной мощности сравнительно велики.

Задачей изобретения является усовершенствование устройства указанного выше вида таким образом, чтобы значительно сократить затраты на конструктивные средства и средства управления.

Эта задача решается согласно изобретению посредством поворотной заслонки, заявленной в отличительной части п.1 формулы.

Предпочтительные варианты и модификации предложенной поворотной заслонки приведены в зависимых пунктах.

Согласно изобретению оба имеющихся в соответствии с ЕР 1801392 А2 запорных органа выпускных коллекторных трактов (дроссельные заслонки) и оба управляющих органа байпасных линий (управляющие клапаны) реализованы с функциональным и конструктивным объединением посредством поворотной заслонки. Эта поворотная заслонка представляет собой относительно простую деталь, которая требует только одного серводвигателя с соответствующим электронным управлением и может быть легко установлена в подходящем месте в потоке ОГ перед камерой турбины (т.е. выше по потоку относительно камеры турбины) в посадочном отверстии корпуса. От размещающего в себе поворотную заслонку посадочного отверстия корпуса вбок ответвляются обе байпасные линии. Кроме того, поворотная заслонка имеет периферийную управляющую кулису, с помощью которой в различных положениях установки/вращения поворотной заслонки достигаются, по меньшей мере, следующие состояния переключения:

а) в режиме торможения двигателем оба выпускных тракта/потока ОГ перекрываются и одновременно полностью или частично открываются входные сечения обеих байпасных линий;

б) в нормальном режиме работы двигателя оба выпускных тракта/потока ОГ переключаются на проход и одновременно перекрываются обе байпасные линии.

В зависимости от выполнения предложенной поворотной заслонки, а также положения и размера входных сечений байпасных линий в зоне посадочного отверстия с ее помощью могут быть реализованы также более точные и/или дополнительные управляющие функции. В этой связи периферийная управляющая кулиса поворотной заслонки может иметь такие расположение и длину дуги, а байпасные линии со своими входными сечениями могут ответвляться в таких местах и с таким размером посадочного отверстия в корпусе для поворотной заслонки, что посредством нее в ее различных установочных положений достигаются следующие состояния переключения:

а) в режиме торможения двигателем:

а1) каждый выпускной тракт либо

a11) полностью перекрыт, либо

а12) открыт на частичный проход,

а2) входное сечение каждой байпасной линии при одновременно перекрытых выпускных трактах либо

а21) полностью открыто, либо

а22) регулируемым образом частично более или менее сильно открыто для воздействия на тормозную мощность

и

б) в нормальном режиме работы двигателя

б1) каждый выпускной тракт либо

б11) открыт на полный проход, либо

б12) регулируемым образом настроен на частичный проход для ускорения турбонагнетателя, и

б2) входное сечение каждой байпасной линии либо

б21) в рабочих положениях б11) и б12) полностью перекрыто, либо

б22) на рабочем этапе б12) частично открыто.

Сама поворотная заслонка может быть расположена в разных местах обоих потоков ОГ между выпусками двигателя и камерами работающей на ОГ турбины.

Так, можно выполнить размещающий поворотную заслонку в своем установочном отверстии корпус на конце выпускных трактов со стороны турбины близко к общему присоединительному фланцу, с помощью которого оба соседних там друг с другом выпускных тракта прифланцовываются к соответствующему присоединительному фланцу на корпусе турбины.

В качестве альтернативы этому можно выполнить размещающий поворотную заслонку в своем установочном отверстии корпус на соответственно удлиненном впускном участке корпуса турбины, к внешнему присоединительному фланцу которого оба выпускных тракта прифланцованы посредством имеющегося на их конце общего присоединительного фланца.

В качестве другой альтернативы можно также предусмотреть поворотную заслонку в зоне между входом турбины и концом выпускного тракта. При этом размещающий поворотную заслонку в своем установочном отверстии корпус содержит два сообщающихся с обоими выпускными трактами и впускным каналом или каналами со стороны впускного участка работающей на ОГ турбины каналы для прохождения ОГ, а также со стороны выпускных трактов и впускного участка турбины - по одному присоединительному фланцу, посредством которых корпус поворотной заслонки установлен между присоединительными фланцами со стороны выпускных трактов и впускного участка турбины.

Предпочтительно поворотная заслонка расположена таким образом, что ее ось расположена в плоскости, проходящей через центр обоих соседних друг с другом на конце со стороны турбины и параллельных друг другу выпускных трактов и примыкающего впускного участка турбины, или в параллельной ей плоскости.

Поворотная заслонка выполнена и расположена преимущественно так, как это описано ниже. Она имеет при этом центральную ось и коаксиально жестко установленные на оси два боковых круглых ограничительных диска и один круглый разделительный диск между ними. Периферийная кулиса поворотной заслонки проходит между разделительным диском в направлении каждого из обоих ограничительных дисков, причем внешняя дугообразная поверхность управляющей кулисы совпадает с радиальными наружными поверхностями ограничительных дисков и разделительного диска преимущественно одинакового с ними диаметра. При этом разделительный диск разделяет внутри посадочного отверстия для поворотной заслонки оба протекающих через ее корпус потока ОГ. Предпочтительно ограничительные диски расположены в расширениях, выполненных с наружной стороны каналов для прохождения отработавших газов корпуса поворотной заслонки, при этом одно из расширений выполнено либо в дне корпуса, образующем с одной стороны осевое замыкание установочного отверстия, либо в крышке последнего, а другое выполнено в другой крышке, образующей с другой стороны замыкание установочного отверстия. Вращательная опора поворотной заслонки может быть реализована при этом либо за счет размещенных в выемках ограничительных дисков, либо за счет ее центральной оси. В последнем случае центральная ось выдается наружу за ограничительные диски и установлена одним концом в глухом отверстии дна или крышки, а другим концом - в сквозном отверстии крышки установочного отверстия, удлинена через него из корпуса для поворотной заслонки и вне него соединена посредством соединительных органов с сервоприводом поворотной заслонки.

Каждая из байпасных линий ответвляется от посадочного отверстия для поворотной заслонки преимущественно в зоне между разделительным и внешним ограничительным дисками.

Согласно одному варианту каждая байпасная линия сообщается с сопловым отверстием, выполненным в стенке работающей на ОГ турбины, причем сопловые отверстия выходят в турбинную камеру с направлением по касательной на наружную зону турбинного колеса либо

а) с прохождением параллельно рядом друг с другом через соседние друг с другом устья, либо

б) с прохождением под острым углом друг к другу, а также с переходом друг в друга и, таким образом, одним общим устьем.

При этом оба сопловых отверстия выполнены в перпендикулярной оси турбинного колеса плоскости в разделяющей турбинную камеру направляющей стенке.

Также в отношении других участков байпасных линий и их прохождения существуют различные возможности выполнения.

Так, каждая байпасная линия посредством расположенного вне корпуса для поворотной заслонки элемента линии может сообщаться с примыкающим соответствующим сопловым отверстием.

В качестве альтернативы этому каждая из обеих байпасных линий со своим концевым сопловым отверстием может быть образована линейным отверстием, причем эти отверстия выполнены в выступе стенки, пересекают по касательной с краю размещающее в себе поворотную заслонку установочное отверстие и закрыты со стороны входа заглушками во избежание выхода ОГ.

Поворотная заслонка косвенно посредством подходящих органов присоединена к исполнительному устройству, такому как электрический или электропневматический серводвигатель, и посредством него может поворачиваться в разные установочные положения. Свои управляющие команды серводвигатель получает от управляющей электроники.

Другие подробности изобретения и различные варианты его осуществления более подробно поясняются ниже со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

- фиг.1: схематично многоцилиндровый ДВС с работающим на ОГ турбонагнетателем и предложенным устройством;

- фиг.2: сечение первого варианта предложенного устройства;

- фиг.3: вид устройства из фиг.2 по стрелке А;

- фиг.4: разрез первого варианта предложенного устройства в положении прохождения ОГ;

- фиг.5: разрез первого варианта предложенного устройства в положении блокирования ОГ;

- фиг.6: частичный продольный разрез работающей на ОГ турбины с другим примером осуществления изобретения;

- фиг.7: разрез работающей на ОГ турбины из фиг.6 по линии В-В;

- фиг.8: уменьшенный частичный вид из фиг.6;

- фиг.9; работающую на ОГ турбину из фиг.6 с альтернативными выполнением и расположением предложенного устройства (показано неполностью);

- фиг.10: часть предложенного устройства из фиг.9 отдельно;

- фиг.11: альтернативу конструкции предложенного устройства из фиг.6;

- фиг.12: другую альтернативу конструкции предложенного устройства из фиг.6;

- фиг.13: продольный разрез работающей на ОГ турбины с другим вариантом предложенного устройства;

- фиг.14: вид варианта предложенного устройства из фиг.13 по стрелке С.

На отдельных фигурах одинаковые или соответствующие друг другу детали или их части для лучшего понимания обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Предложенное устройство предназначено для многоцилиндрового ДВС 1, в частности дизельного двигателя, транспортного средства, который может представлять собой любое приводимое в движение двигателем сухопутное транспортное средство, например грузовой автомобиль, автобус или прочее безрельсовое транспортное средство для перевозки грузов или пассажиров, а также легковой автомобиль, рельсовое или водное транспортное средство.

Цилиндры или камеры сгорания ДВС 1 сообщаются посредством управляемых впускных клапанов и примыкающих впускных каналов с магистралью 2 для наддувочного воздуха, питаемой сжатым наддувочным воздухом от компрессора 3 работающего на ОГ турбонагнетателя 4. Кроме того, цилиндры или камеры сгорания ДВС 1 сообщаются посредством управляемых выпускных клапанов и примыкающих выпускных каналов с объединением в группы соответственно с одним из двух выпускных трактов 5, 6. Через каждый из этих обоих выпускных трактов 5, 6, которые могут представлять собой выпускные коллекторы, ОГ подается из присоединенной группы цилиндров к впускному участку 7 работающей на ОГ турбины 8 турбонагнетателя 4.

ДВС 1 содержит расположенное внутри двигателя устройство торможения двигателем, например упомянутое в начале описания и известное из ЕР 0736672 В1. Каждый ведущий от ДВС 1 к турбине 8 выпускной тракт 5, 6 в режиме торможения двигателем полностью перекрывается запорным органом 10, 11. Кроме того, ДВС 1 придано устройство 9 для повышения его тормозной мощности в режиме торможения двигателем. Он включает в себя следующие средства. От перекрываемого участка каждого выпускного тракта 5, 6 ответвляется открываемая и закрываемая управляющим органом 12, 13 байпасная линия 14, 15, концевой участок которой, выполненный в стенке 16 корпуса турбины в виде соплового отверстия 14', 15' и, по меньшей мере, приблизительно по касательной направленный на внешнюю зону турбинного колеса 17, выходит в турбинную камеру 18. Таким образом, в режиме торможения двигателем от скопившихся в перекрытых выпускных трактах 5, 6 ОГ через открытые управляющими органами 12, 13 байпасные линии 14, 15 ответвляются два частичных потока ОГ, которые затем через сопловые отверстия 14', 15' либо в виде двух отдельных струй ОГ, либо с объединением в одну струю ОГ попадают под высоким давлением и с высокой скоростью на рабочие лопатки турбинного колеса 17, в результате чего турбонагнетатель 4 ускоряется, а по магистрали 2 для наддувочного воздуха к камерам сгорания ДВС 1 подается сжатый компрессором 3 воздух, который оказывает с них повышающее тормозную мощность действие.

Согласно изобретению оба запорных органа 10, 11 выпускных трактов и оба управляющих органа 12, 13 байпасных линий функционально и конструктивно реализованы с объединением в поворотную заслонку 19. Она размещена с возможностью вращения в установочном отверстии 21 ее корпуса 20. При этом последний расположен на лежащем вверх по потоку перед турбинной камерой 18 участке ведущего к турбине 8 потока ОГ, причем ниже в сочетании с примерами поясняются различные возможные положения и выполнения. Внутри корпуса 20 от его размещающего в себе поворотную заслонку 19 посадочного отверстия 21 вбок ответвляются обе байпасные линии 14, 15. Поворотная заслонка 19 имеет периферийную управляющую кулису 22, с помощью которой выполняются функции обоих запорных органов 10, 11 выпускных трактов и обоих управляющих органов 12, 13 байпасных линий и которые в различных занимаемых за счет вращения поворотной заслонки 19 положениях настройки вызывают, по меньшей мере, следующие состояния переключения:

а) в режиме торможения двигателем оба выпускных тракта 5, 6 перекрываются и одновременно полностью или частично открываются входные сечения 14", 15" обеих байпасных линий 14, 15 (фиг.5, 6, 8-12, 13), и

б) в нормальном режиме работы двигателя оба выпускных тракта 5, 6 переключаются на проход и одновременно перекрываются байпасные линии 14, 15 (фиг.4).

Ниже описаны подробности предложенного устройства.

Во всех изображенных примерах поворотная заслонка 19 выполнена по существу одинаково. Как видно из разреза на фиг.2, она содержит центральную ось 23, на которой коаксиально прочно установлены два круглых боковых ограничительных диска 24, 25 и круглый разделительный диск 26 приблизительно посередине между ними. Разделительный диск 26 служит для отделения друг от друга двух выполненных внутри корпуса 20 каналов 5', 6' для прохождения ОГ, пересекаемых размещающим в себе поворотную заслонку 19 посадочным отверстием 21. Между разделительным диском 26 и каждым из ограничительных дисков 24, 25 проходит управляющая кулиса 22 с участками 22а, 22b, причем радиальные наружные поверхности 24', 25' ограничительных дисков 24, 25, радиальная наружная поверхность 26' разделительного диска 26 и радиальная наружная поверхность 22 с управляющей кулисы 22 совпадают. Из обоих ограничительных дисков 24, 25 диск 25 может быть размещен с вращательным зазором либо в аксиально ограничивающем посадочное отверстие 21 с одного конца дне 20а корпуса 20, либо в выполненном в крышке расширении 27. Противоположный ограничительный диск 24 установлен с вращательным зазором и опирается радиально снаружи на закрывающую посадочное отверстие 21 с этой стороны крышку 29. Центральная ось 23 поворотной заслонки 19 установлена на одном конце выдающимся за ограничительный диск 25 участком 23' в выполненном в дне или крышке 20а глухом отверстии. Аксиально напротив центральная ось 23 поворотной заслонки 19 установлена в сквозном отверстии 30 в крышке 29. Снаружи корпуса 20 поворотная заслонка 19 удлиненным участком 23" центральной оси 23 соединена посредством подходящих соединительных органов 31, 32 с сервоприводом или серводвигателем в качестве исполнительного устройства 33.

Размещающий поворотную заслонку 19 в своем посадочном отверстии 21 корпус 20 может быть расположен или выполнен в потоке ОГ между ДВС и камерой 18 турбины 8 в различных альтернативных местах.

Так, корпус 20 может быть выполнен на конце выпускных трактов 5, 6 со стороны турбины, например, за одно целое с ним за счет литья близко к общему присоединительному фланцу 34, с помощью которого оба незадолго до этого соседних друг с другом и проходящих на этих участках по существу параллельно друг другу выпускных тракта 5, 6 прифланцовываются к соответствующему присоединительному фланцу 35 на впускном участке 7 корпуса 8' турбины 8 (фиг.12).

В качестве альтернативы этому корпус 20 может быть выполнен на соответственно удлиненном впускном участке 7 корпуса 8' турбины 8, например, за одно целое с ним за счет литья, к внешнему присоединительному фланцу 36 которого оба выпускных тракта 5, 6 прифланцовываются посредством общего на их концах присоединительного фланца 37 (фиг.6-8, 13, 14).

В качестве другой альтернативы корпус 20 может быть выполнен в виде самостоятельной, изготовленной, например, литьем детали, которая содержит оба сообщенных с выпускными трактами 5, 6 и впускным участком 7 турбины канала 5', 6' для прохождения ОГ и посадочное отверстие 21 для поворотной заслонки, а также со стороны выпускных трактов и впускного участка турбины присоединительный фланец 38 и 39 соответственно, посредством которых корпус 20 встраивается между фланцами 40 и 35 со стороны выпускных трактов и впускного участка турбины соответственно (фиг.9-11).

Отдельные возможности выполнения корпуса 20 и тем самым также расположения поворотной заслонки 19 в потоке ОГ изображены на фиг.8-12 на основе варианта предложенного устройства на фиг.6 и 7. Три названные возможности расположения и выполнения корпуса 20, включая интегрированную поворотную заслонку 19, могут быть реализованы аналогично фиг.8-12 также на фиг.2-5 и 13, 14. В этом отношении на фиг.2, 4, 5 в первом варианте входная и выходная стороны корпуса 20 только обозначены штрихпунктирными линиями 41, 42.

Внутри корпуса 20 ось вращения поворотной заслонки 19 расположена в плоскости, проходящей через центр обоих соседних друг с другом на своих концах со стороны турбины и проходящих, по меньшей мере, параллельно выпускных трактов 5, 6 и примыкающего впускного участка 7 турбины, или в параллельной ей плоскости.

Как показывают отдельные примеры, как байпасные линии 14, 15, так и их сопловые отверстия 14', 15' со стороны выхода могут быть выполнены и расположены по-разному.

В принципе, каждая из байпасных линий 14, 15 внутри корпуса 20 ответвляется от размещающего в себе поворотную заслонку 10 установочного отверстия 21 в зоне между разделительным диском 26 и внешним ограничительным диском 24, 25, так что в соответствующем положении поворотной заслонки 19 (фиг.5, 6, 8-12, 13) возможно или создано сообщение байпасных линий 14, 15 с каналами 5', 6' для прохождения ОГ. Каждая байпасная линия 14, 15 сообщается с сопловым отверстием 14', 15', выполненным в корпусе 8' турбины 8 в ее стенке, например 16. При этом сопловые отверстия 14', 15' выходят в турбинную камеру 18 с направлением по касательной на наружную зону турбинного колеса (17) либо

а) с прохождением параллельно рядом друг с другом через соседние друг с другом устья 14'", 15'", либо

б) с прохождением под острым углом друг к другу, а также с переходом друг в друга и, таким образом, одним общим устьем.

В случае примеров на фиг.2-5, 6, 7, 8-12 сопловые отверстия проходят по существу в перпендикулярной оси вращения турбинного колеса 17 плоскости и выполнены в направляющей стенке 16, отделяющей друг от друга оба впускных канала 7а, 7b турбины.

В примере на фиг.13, 14, напротив, сопловые отверстия 14', 15' лежат в плоскости, проходящей приблизительно параллельно оси вращения турбинного колеса 17.

Сопловые отверстия 14', 15' могут быть выполнены либо цилиндрическими, либо слегка коническими в направлении соответствующего устья 14'”, 15'”. Оба сопловых отверстия 14', 15' выполнены предпочтительно одинаковыми, однако, при необходимости, могут иметь также разные диаметры или углы конуса.

Как показывают примеры на фиг.6-8, 12, каждая байпасная линия 14, 15 может состоять из первого участка 14а, 15а в корпусе 20 поворотной заслонки 19 и расположенного вне ее корпуса 20, например изогнутого или искривленного элемента 14b, 15b линии, сообщенного с примыкающим сопловым отверстием 14', 15'.

В качестве альтернативы этому каждая из обеих байпасных линий 14, 15 может быть образована отверстием в корпусе 20 (фиг.2-5), которое либо непосредственно сообщается с соответствующим сопловым отверстием 14', 15' в стенке турбины, либо на отдельных участках сначала продлено в стенку, например 16, корпуса 8' турбины и лишь затем сообщается с выполненным далее сопловым отверстием 14', 15'.

В качестве другой альтернативы (фиг.13, 14) каждая из обеих байпасных линий 14, 15 со своим концевым сопловым отверстием 14', 15' образована линейным отверстием. Эти отверстия выполнены в выступе 43 стенки, проходящем снаружи на корпусе 20 поворотной заслонки до наружной стороны корпуса 8' турбины. Упомянутые отверстия пересекают внутри корпуса 20 с краю по касательной размещающее в себе поворотную заслонку 19 установочное отверстие 21, выходят со стороны турбины в ее камеру 18 и закрыты со стороны входа заглушками 44.

Разумеется, можно реализовать отдельные части устройства также иначе, чем в описанных примерах, если это не выходит за рамки основного принципа изобретения.

В этой связи следует упомянуть, в частности, вид управляющей кулисы 22 поворотной заслонки 19, а также положение и величину входных сечений 14'', 15'' байпасных линий 14, 15, поскольку этим можно оказать влияние на функциональность устройства.

Так, периферийная управляющая кулиса 22 со своей периферийной наружной поверхностью 22с может иметь такое расположение и такую длину дуги, а байпасные линии 14, 15 с определенными входными сечениями 14'', 15'' могут ответвляться от размещающего в себе поворотную заслонку 19 установочного отверстия 21 в таких местах и с такой величиной, что посредством поворотной заслонки 19 в ее различных установочных положениях достигаются следующие состояния переключения:

а) в режиме торможения двигателем:

а1) каждый выпускной тракт 5, 6 либо

a11) полностью перекрыт, либо

а12) открыт на частичный проход,

а2) входное сечение 14'', 15'' каждой байпасной линии 14, 15 при одновременно перекрытых выпускных трактах 5, 6, 5', 6' либо

а21) полностью открыто, либо

а22) регулируемым образом частично более или менее сильно открыто для воздействия на тормозную мощность,

и

б) в нормальном режиме работы двигателя

б1) каждый выпускной тракт 5, 6, 5', 6' либо

б11) открыт на полный проход, либо

б12) регулируемым образом настроен на частичный проход для ускорения турбонагнетателя, и

б2) входное сечение 14'', 15'' каждой байпасной линии 14, 15 либо

б21) в рабочих положениях б11) и б12) полностью перекрыто, либо

б22) на рабочем этапе б12) частично открыто.

Поворотная заслонка 19 настраивается исполнительным устройством 33 в свои отдельные положения переключения. Исполнительное устройство 33 может быть реализовано электропневматическим или электрическим серводвигателем. Исполнительное устройство 33 получает свои управляющие команды от управляющей электроники, которая может представлять собой самостоятельное устройство или бортовой компьютер или управляющий вычислительный блок транспортного средства.

Управляющей электронике подается большое число текущих параметров режима движения и работы двигателя, включая подаваемые водителем сигналы торможения и ускорения, и она обрабатывает эти фактические значения по программе с помощью хранящихся в памяти заданных значений в соответствующие управляющие команды для исполнительного устройства 33, чтобы поворотную заслонку 19 можно было привести в обусловленное режимом требуемое установочное положение.

В принципе, остается констатировать, что с помощью предложенного устройства сравнительно простым и экономичным образом достигается значительное повышение тормозной мощности.

Изобретение относится к устройствам для повышения тормозной мощности многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (1) транспортного средства в режиме торможения двигателем. Двигатель внутреннего сгорания содержит расположенное внутри двигателя устройство торможения двигателем, по меньшей мере, один, работающий на отработавших газах турбонагнетатель с работающей на отработавших газах турбиной и компрессором наддувочного воздуха, а также два выпускных коллекторных тракта (5, 6), через которые вытолкнутые из нескольких цилиндров отработавшие газы с объединением в группы, подаются к турбине (8) через ее впуск (7). Каждый выпускной коллекторный тракт (5, 6) в режиме торможения двигателем полностью перекрывается запорным органом. От перекрываемого участка каждого выпускного коллекторного тракта (5, 6) ответвляется закрываемая и открываемая управляющим органом (12, 13) байпасная линия (14, 15), концевой участок которой выполнен в стенке корпуса турбины в виде соплового отверстия (14', 15'), с направлением, по меньшей мере, приблизительно по касательной на наружную зону турбинного колеса (17) и выходит в турбинную камеру (18). Оба запорных органа (10, 11) выпускных трактов и оба управляющих органа (12, 13) байпасных линий функционально и конструктивно объединены посредством поворотной заслонки (19), которая установлена в расположенном в потоке отработавших газов перед турбинной камерой (18) корпусе (20) для заслонки. От размещающего в себе поворотную заслонку (19) посадочного отверстия (21) в корпусе вбок ответвляются обе байпасные линии (14, 15). Поворотная заслонка (19) имеет периферийную управляющую кулису (22, 22с), с помощью которой в различных установочных положениях достигаются различные состояния переключения. Так, в режиме торможения двигателем от скопившихся в перекрытых выпускных коллекторных трактах (5, 6) отработавших газов через байпасные линии (14, 15) ответвляются два частичных потока отработавших газов, которые затем через сопловые отверстия (14', 15') либо в виде двух струй отработавших газов, либо с объединенным в одну струю отработавших газов, попадают под высоким давлением и с высокой скоростью на рабочие лопатки турбинного колеса (17) и тем самым ускоряют турбонагнетатель. Сжатый за счет этого воздух оказывает в камерах сгорания двигателя (1) внутреннего сгорания повышающее тормозную мощность действие. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении тормозной мощности. 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для повышения тормозной мощности многоцилиндрового двигателя (1) внутреннего сгорания транспортного средства в режиме торможения двигателем, содержащее расположенное внутри двигателя устройство торможения двигателем, по меньшей мере, один работающий на отработавших газах турбонагнетатель (4) с работающей на отработавших газах турбиной (8) и компрессором (3) наддувочного воздуха, а также два выпускных коллекторных тракта (5, 6), через которые вытолкнутые из нескольких цилиндров отработавшие газы с объединением в группы подаются к турбине (8) через ее впускной участок (7; 7а, 7b), причем каждый выпускной коллекторный тракт (5, 6) в режиме торможения двигателем полностью перекрывается запорным органом (10, 11), при этом от перекрываемого участка каждого выпускного коллекторного тракта (5, 6) ответвляется закрываемая и открываемая управляющим органом (12, 13) байпасная линия (14, 15), концевой участок которой, выполненный в стенке (16) корпуса турбины в виде соплового отверстия (14', 15') с направлением, по меньшей мере, приблизительно по касательной на наружную зону турбинного колеса (17) выходит в турбинную камеру (18), причем в режиме торможения двигателем от скопившихся в перекрытых выпускных коллекторных трактах (5, 6) отработавших газов через байпасные линии (14, 15) ответвляются два частичных потока отработавших газов, которые затем через сопловые отверстия (14', 15') либо в виде двух струй отработавших газов, либо с объединением в одну струю отработавших газов, под высоким давлением и с высокой скоростью попадают на рабочие лопатки турбинного колеса (17), в результате чего турбонагнетатель (4) ускоряется, за счет чего к камерам сгорания двигателя (1) внутреннего сгорания подается сжатый воздух, который оказывает в них повышающее тормозную мощность действие, отличающееся тем, что оба запорных органа (10, 11) выпускных трактов и оба управляющих органа (12, 13) байпасных линий реализованы с функциональным и конструктивным объединением посредством поворотной заслонки (19), которая установлена в расположенном в потоке отработавших газов перед турбинной камерой (18) корпусе (20) для заслонки, причем от размещающего в себе поворотную заслонку (19) посадочного отверстия (21) в корпусе вбок ответвляются обе байпасные линии (14, 15), при этом поворотная заслонка (19) имеет периферийную управляющую кулису (22, 22с), с помощью которой в различных установочных положениях достигаются, по меньшей мере, следующие состояния переключения:
а) в режиме торможения двигателем оба выпускных коллекторных тракта (5, 6, 5', 6') перекрываются, и одновременно полностью или частично открываются входные сечения (14", 15") обеих байпасных линий (14, 15);
б) в нормальном режиме работы двигателя оба выпускных коллекторных тракта (5, 6, 5', 6') переключаются на проход, и одновременно перекрываются обе байпасные линии (14, 15).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что периферийная управляющая кулиса (22, 22с) поворотной заслонки (19) имеет такое расположение и такую длину дуги, а байпасные линии (14, 15) со своими входными сечениями (14", 15") ответвляются в таких местах и с таким размером от посадочного отверстия (21) для поворотной заслонки (19) в корпусе (20) для заслонки, что посредством нее в ее различных установочных положениях достигаются следующие состояния переключения:
а) в режиме торможения двигателем:
а1) каждый выпускной коллекторный тракт (5, 6, 5', 6') либо
a11) полностью перекрыт, либо
а12) открыт на частичный проход,
а2) входное сечение (14", 15") каждой байпасной линии (14, 15) при одновременно перекрытых выпускных коллекторных трактах (5, 6, 5', 6') либо
а21) полностью открыто, либо
а22) регулируемым образом частично более или менее сильно открыто для воздействия на тормозную мощность,
и
б) в нормальном режиме работы двигателя
б1) каждый выпускной тракт (5, 6, 5', 6') либо
б11) открыт на полный проход, либо
б12) регулируемым образом настроен на частичный проход для ускорения турбонагнетателя (4), и
б2) входное сечение (14", 15") каждой байпасной линии (14, 15) либо
б21) в рабочих положениях б11) и б12) полностью перекрыто, либо
б22) на рабочем этапе б12) частично открыто.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещающий поворотную заслонку (19) в своем установочном отверстии (21) корпус (20) на конце выпускных коллекторных трактов (5, 6) со стороны турбины выполнен близко к общему присоединительному фланцу (34), с помощью которого оба соседних там друг с другом выпускных коллекторных тракта (5, 6) прифланцовываются к соответствующему присоединительному фланцу (35) на впускном участке (7) корпуса (8') турбины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещающий поворотную заслонку (19) в своем установочном отверстии (21) корпус (20) выполнен на соответственно удлиненном впускном участке (7) корпуса (8') турбины, к внешнему присоединительному фланцу (36) которого оба выпускных коллекторных тракта (5, 6) прифланцованы посредством имеющегося на их конце общего присоединительного фланца (37).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещающий поворотную заслонку (19) в своем установочном отверстии (21) корпус (20) содержит два сообщающихся с обоими выпускными коллекторными трактами (5, 6) и впускным участком (7) каналы (5', 6') для прохождения отработавших газов, а также со стороны выпускных трактов и впускного участка - по одному присоединительному фланцу (38, 39), посредством которых корпус (20) для поворотной заслонки установлен между фланцами (39, 40) со стороны выпускных трактов и впускного участка.

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что ось вращения поворотной заслонки (19) расположена в плоскости, проходящей через центр обоих соседних друг с другом на конце со стороны турбины и параллельных друг другу выпускных коллекторных трактов (5, 6) и примыкающего впускного участка (7), или в параллельной ей плоскости.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотная заслонка (19) имеет центральную ось (23), а также коаксиально жестко установленные на оси (23) два боковых круглых ограничительных диска (24, 25) и один круглый разделительный диск (26) между ними, который внутри установочного отверстия (21) для поворотной заслонки (19) отделяет друг от друга потоки (5, 6, 5', 6') отработавших газов, причем между разделительным диском (26) и каждым из ограничительных дисков (24, 25) периферийная управляющая кулиса (22) поворотной заслонки (19) проходит участком (22а, 22b), причем периферийная наружная поверхность (22с) управляющей кулисы (22) совпадает с радиальными наружными поверхностями (24', 25') ограничительных дисков (24, 25) и радиальной наружной поверхностью (26') разделительного диска (26) одинакового с ними диаметра.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что ограничительные диски (24, 25) расположены в расширениях (27, 28), выполненных с наружной стороны каналов (5', 6') для прохождения отработавших газов в аксиально ограничивающем установочное отверстие (21) дне или крышке (20а) корпуса, причем центральная ось (23) поворотной заслонки (19) установлена на одном конце выступающим наружу участком (23') во внешнем установочном отверстии в дне или крышке (20а) корпуса (20) для поворотной заслонки, а на другом конце участком (23") в установочном отверстии в закрывающей установочное отверстие (21) крышке (29), при этом центральная ось (23) поворотной заслонки (19) своим участком (23") удлинена из корпуса (20) для поворотной заслонки и соединена там с помощью соответствующих соединительных средств (31, 32) с исполнительным устройством (33) поворотной заслонки (19).

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждая из байпасных линий (14, 15) ответвляется от размещающего в себе поворотную заслонку (10) установочного отверстия (21) в зоне между разделительным диском (26) и одним из обоих внешних ограничительных дисков (24, 25).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что каждая байпасная линия (14, 15) сообщается с сопловым отверстием (14', 15'), выполненным в стенке (16) турбины (8), причем сопловые отверстия (14', 15') выходят в турбинную камеру (18) с направлением по касательной на наружную зону турбинного колеса (17) либо
а) с прохождением параллельно рядом друг с другом через соседние друг с другом устья (14'", 15'"), либо
б) с прохождением под острым углом друг к другу, а также с переходом друг в друга и, таким образом, одним общим устьем.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оба сопловых отверстия (14', 15') выполнены в перпендикулярной оси турбинного колеса (17) плоскости в разделяющей турбинную камеру (18) направляющей стенке (16').

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что каждая байпасная линия (14, 15) имеет выполненный в корпусе (20) для поворотной заслонки участок (14а, 15а), к которому примыкает расположенный вне корпуса (20) элемент (14b, 15b) линии, сообщающийся с последующим соответствующим сопловым отверстием (14', 15').

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что каждая из байпасных линий (14, 15) со своим концевым сопловым отверстием (14', 15') образована линейным отверстием, причем эти отверстия выполнены в выступе (43) стенки, пересекают на корпусе (20) для поворотной заслонки и впускном участке (7) по касательной с краю размещающее в себе поворотную заслонку (19) установочное отверстие (21) и закрыты со стороны входа заглушками (44) во избежание выхода отработавших газов.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотная заслонка (19) установлена с возможностью поворота в свои различные установочные положения посредством исполнительного устройства (33), к которому она косвенно присоединена посредством соответствующих органов (31, 32), при этом исполнительное устройство (33) образовано соответствующим электропневматическим или электрическим двигателем и получает свои управляющие команды от управляющей электроники, которая представляет собой самостоятельное устройство, или бортовой компьютер, или управляющий вычислительный блок транспортного средства, причем управляющей электронике подается большое число текущих параметров режима движения и работы двигателя, включая подаваемые водителем сигналы торможения и ускорения, и она обрабатывает эти фактические значения по программе с помощью хранящихся в памяти заданных значений в соответствующие управляющие команды для исполнительного устройства (33), которое преобразует их затем в соответствующие установки поворотной заслонки.