УСТРОЙСТВО СНАБЖЕНИЯ СВЕЖЕЙ ГОРЮЧЕЙ СМЕСЬЮ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГАЗОТУРБИННЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ И СПОСОБ ЕГО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02B37/04 F02B21/00 F02B33/44 F02D41/00 

Изобретение относится к устройству снабжения свежей горючей смесью двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным нагнетателем согласно ограничительным частям пунктов 1 и 9 формулы изобретения и способу регулирования давления на выпуске такого устройства для снабжения свежей горючей смесью.

Двигатели внутреннего сгорания, к примеру, дизельные двигатели, часто оборудованы газотурбинным нагнетателем. К тому же фиг.1 показывает схематическое изображение двигателя 1 внутреннего сгорания, выпускной газопровод 10 которого соединен с газотурбинным нагнетателем 2. Газотурбинный нагнетатель имеет приводимую в действие отработавшим газом турбину 2, соединенную с компрессором 3. Компрессор 3 сжимает всасываемый воздух из впуска 11 всасываемого воздуха для повышения давления на всасывании во всасывающем трубопроводе 91 для двигателя внутреннего сгорания, вследствие чего, к примеру, улучшаются условия разгона транспортного средства с двигателем 1 внутреннего сгорания и достигается уменьшение расхода энергии.

Однако газотурбинный нагнетатель 2 не при каждом режиме двигателя 1 внутреннего сгорания подает достаточно воздуха и таким образом создает достаточное давление на всасывании. Например, поршневые двигатели, как, например, дизельные двигатели с газотурбинным нагнетателем 2 имеют, к примеру, режим работы при разгоне, который называется «турбодырой». При этом при увеличении подачи топлива двигатель 1 внутреннего сгорания реагирует увеличением числа оборотов только после определенного времени задержки, в которое в распоряжении не имеется части энергии отработавшего газа, которая может быть использована, т.е. также нет достаточно давления отработавшего газа для привода газотурбинного нагнетателя 2 и таким образом нет никакого сжатого всасываемого воздуха с соответствующим давлением на всасывании. Для перекрытия этой «турбодыры» предлагались решения, причем сжатый воздух, к примеру, из емкости 13, запитываемой от воздушного компрессора 14, направляется при управлении во всасывающий трубопровод 91 двигателя внутреннего сгорания, чтобы таким способом перекрыть повышенную потребность во всасываемом воздухе двигателя 1 внутреннего сгорания. Это осуществляется с помощью устройства 7 снабжения свежей горючей смесью, расположенного между компрессором 3 турбонагнетателя или включенным следом в направлении потока охладителем 5 наддувочного воздуха и всасывающим трубопроводом 9¹.

Такое устройство 7 снабжения свежей горючей смесью схематически изображено на фиг.2. Устройство 7 для снабжения свежей горючей смесью соединено с впуском 6 наддувочного воздуха с охладителем 5 наддувочного воздуха и выпуском 9 с всасывающим трубопроводом 91. Между впуском 6 наддувочного воздуха и выпуском 9 находится клапанный элемент.16, который посредством серводвигателя 17 может регулироваться для закрытия и открытия соединения впуска 6 наддувочного воздуха с выпуском 9. Далее впуск 9 сжатого воздуха соединен с выпуском 9 и через устройство (20) для регулирования количества с емкостью 13. Устройство 15 управления служит для управления устройством 20 для регулирования количества и серводвигателем 17. Оно здесь также соединено с датчиками 18 и 19 давления, из которых первый датчик 18 давления сканирует давление на выходе 9 (давление на выпуске), а второй датчик 19 давления сканирует давление на впуске наддувочного воздуха (давление на впуске) и устанавливает запрос на крутящий момент при «резком нажатии до упора на педаль акселератора» В этом случае устройство 20 для регулирования количества подводит сжатый воздух через отверстие соединения от впуска 8 сжатого воздуха к выпуску 9. Перед этим управляемый клапанный элемент 16 закрывается, так что сжатый воздух поступает в компрессор 3 газотурбинного нагнетателя 2 не через впуск 6 наддувочного воздуха против направления всасывания, а через выпуск 9 с направлением во всасывающий трубопровод 91. При окончании подвода сжатого воздуха этот клапанный элемент 16 снова открывается и устройство 20 для регулирования количества закрывается. К этому моменту давление на впуске благодаря компрессору 3 газотурбинного нагнетателя 2 снова достаточно.

Выложенное описание изобретения к неакцептованной заявке DE 102006785 А1 сверх того предлагает пример для иллюстрации.

Давление на выпуске давления с помощью подвода сжатого воздуха отрегулировано таким образом, что не может происходить никакого дымления из-за слишком обогащенной топливной смеси. Благодаря этому в качестве требуемой может производиться более тощая топливная смесь, в частности, вначале подвода сжатого воздуха. В результате расходуется больше воздуха, чем это требуется. Это может привести к повышенной производительности воздушного компрессора 14 и дополнительному образованию NOx.

В связи с этим задачей настоящего изобретения является создание такого улучшенного устройства снабжения свежей горючей смесью и такого способа регулирования давления на выпуске такого устройства снабжения свежей горючей смесью, с помощью которых устраняются или в значительной мере уменьшаются приведенные выше недостатки и появляются другие преимущества.

Указанная задача решается с помощью устройства снабжения свежей горючей смесью с признаками пункта 1, а также с помощью устройства снабжения свежей горючей смесью с признаками пункта 9 формулы изобретения. Далее задача решается с помощью способа с признаками пункта 14 формулы изобретения. Также задача решается с помощью способа с признаками пункта 17.

Благодаря, по меньшей мере, одному клапану и установленному следом клапану пропорционального регулирования возможно сначала быстро осуществить подвод сжатого воздуха, причем в этом случае клапан пропорционального регулирования применяется для регулирования давления на выпуске с помощью регулирования. При этом не возникает никакого избытка давления, и топливная смесь может устанавливаться предпочтительно на величине нужной соответствующему режиму работы. По меньшей мере, один клапан рассчитан в качестве клапана пропорционального регулирования для уплотнения более высокого давления, благодаря чему клапан пропорционального регулирования может меньше отказывать в работе.

В альтернативном осуществлении устройство снабжения свежей горючей смесью для двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным нагнетателем имеет следующее: впуск наддувочного воздуха для впуска наддувочного воздуха из газотурбинного нагнетателя; впуск сжатого воздуха для впуска сжатого воздуха; выпуск, который через клапанный элемент может соединяться с впуском наддувочного воздуха и через устройство для регулирования количества, которое имеет закрытое положение и как угодно открытое положение, может соединяться с впуском сжатого воздуха, причем устройство для регулирования количества закрыто, если регулирующее устройство, преимущественно клапанный элемент, частично или полностью открыто; и устройство управления для управления регулирующим устройством, преимущественно клапанным элементом, и устройством для регулирования количества в зависимости от режимов работы двигателя внутреннего сгорания, причем устройство для регулирования количества имеет, по меньшей мере, два клапана для открытия и закрытия впуска сжатого воздуха и для регулирования давления на выпуске, и, причем, по меньшей мере два клапана могут по отдельности регулироваться устройством управления через распределительный клапан.

С помощью, по меньшей мере, двух клапанов предпочтительно возможно, осуществление многоступенчатого регулирования давления на выпуске, причем клапаны могут отдельно регулироваться через распределительный клапан. При этом клапаны могут иметь одинаковое или различное поперечное сечение для потока, благодаря чему становится возможным гибкое приспосабливание к регулировке нужного давления на выпуске. При том может варьироваться как время включения, так и количество включенных клапанов.

В предпочтительном осуществлении предусмотрено, что, по меньшей мере, один клапан и клапан пропорционального регулирования расположены в клапанном корпусе клапанного модуля. Также при наличии нескольких ступеней с, по меньшей мере, двумя клапанами такое модульное расположение предпочтительно, так как возникает возможность простой замены и приспосабливания к различным случаям применения.

В другом предпочтительном осуществлении клапан пропорционального регулирования имеет клапанный диск, который на пути потока расположен между, по меньшей мере, одним клапаном и выпускным отверстием для выпуска и может поворачиваться шаговым двигателем для образования закрытого положения и как угодно открытого положения для закрытия или для открытия пути потоку. Он может кроме того иметь пружину безопасности, соединенную с клапанным диском и воздействующую на него в направлении закрытого положения клапанного диска. Клапан пропорционального регулирования, который здесь имеет только ограниченную возможность уплотнения для низкого давления в сравнении с установленным перед ним клапаном, посредством последнего применяется в первую очередь для регулирования давления при регулировании давления на выпуске, благодаря чему экономится конструктивное пространство. При отказе шагового двигателя пружина безопасности возвращает клапанный диск в закрытое положение.

По меньшей мере, один клапан может представлять собой мембранный клапан, который пригоден для встраивания в клапанный модуль.

Устройство снабжения свежей горючей смесью может иметь, по меньшей мере, один датчик давления для сканирования давления на выпуске и, по меньшей мере, один датчик давления для сканирования давления на впуске наддувочного воздуха, вследствие чего может замеряться величина давления на месте и не выводиться по другим рабочим параметрам. Датчики давления могут быть, но не должны, согласно предпочтительному варианту интегрированы непосредственно в устройство снабжения свежей горючей смесью. В альтернативном осуществлении соответствующие измерительные устройства расположены вне устройства снабжения свежей горючей смесью для сканирования давления на выпуске и на впуске. Согласно другому альтернативному осуществлению предусмотрено, что давление на впуске и давление на выпуске может рассчитываться на основании рабочих параметров с помощью соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин. Рабочими параметрами могут при этом быть имеющиеся величины, например, из центрального вычислительного устройства. Алгоритмы и/или табличные величины могут являться составной частью программного обеспечения устройства управления, к примеру, устройства управления двигателя.

В другом альтернативном осуществлении, по меньшей мере, два клапана и/или клапанный элемент могут плавно регулироваться с помощью механических, электрических или других средств между закрытым положением и открытым положением. При этом клапаны могут иметь одинаковое или различное по величине поперечное сечение для потока, благодаря чему становится возможным особенно высокая возможность варьирования в части установки или регулирования давления на выпуске. Особенно предпочтительно это в том случае, когда как оба клапана, так и клапанный элемент могут соответственно плавно регулироваться, поскольку таким образом создается широкий диапазон приспосабливания к различным режимам работы двигателя внутреннего сгорания.

Способ регулирования давления на выпуске описанного выше устройства снабжения свежей горючей смесью с, по меньшей мере, одним клапаном и установленным следом клапаном пропорционального регулирования имеет следующие этапы способа:

(S1) определение давления на впуске наддувочного воздуха и давления на выпуске устройства снабжения свежей горючей смесью, а также рабочих параметров режима работы двигателя внутреннего сгорания;

(S2) прерывание соединения выпуска с впуском наддувочного воздуха с помощью закрытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента, если требуется определенный рабочий параметр или несколько повышенный разгон двигателя внутреннего сгорания;

(S3) открытие соединения выпуска с впуском сжатого воздуха с помощью открытия, по меньшей мере, одного клапана и клапана пропорционального регулирования во время фазы роста давления и регулирование давления на выпуске с помощью сравнения давления на выпуске с номинальным давлением путем регулирования клапана пропорционального регулирования во время фазы регулирования давления; и

(S4) закрытие соединения выпуска с впуском сжатого воздуха с помощью закрытия, по меньшей мере, одного клапана, а также клапана пропорционального регулирования и открытия соединения выпуска с впуском наддувочного воздуха с помощью открытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента, когда впускное давление достигло определенного и являющегося параметром значения. Это значение может соответствовать, например, давлению на выпуске или может устанавливаться заранее.

При этом номинальное давление может определяться по определенным рабочим параметрам и давлению с помощью соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин. Это может осуществляться в устройстве управления или также частично в стоящем выше вычислительном устройстве двигателя. Также регулирование клапана пропорционального регулирования может производиться по табличным величинам с помощью устройства управления. Благодаря этому при каждом режиме работы двигателя внутреннего сгорания при подаче сжатого воздуха корректным способом устанавливается соответственно необходимая топливная смесь, благодаря чему не происходит повышенного образования NOx. Кроме того, благодаря экономии воздуха не повышается производительность компрессора и таким образом экономится топливо, так как воздушный компрессор либо напрямую соединен с двигателем внутреннего сгорания, либо приводится в действие током, вырабатываемым генератором от двигателя или аккумулятора.

Альтернативный способ регулирования давления на выпуске описанного выше устройства снабжения свежей горючей смесью с, по меньшей мере, двумя клапанами имеет следующие этапы способа:

(S1) определение рабочих параметров режима работы двигателя внутреннего сгорания;

(S2) прерывание соединения выпуска с впуском наддувочного воздуха путем закрытия регулирующего устройства (закрывающего устройства), преимущественно клапанного элемента, когда требуется определенный рабочий параметр или несколько повышенный разгон двигателя внутреннего сгорания; и

(S3) открытие соединения выпуска с впуском сжатого воздуха путем полного открытия, по меньшей мере, двух клапанов в фазе роста давления и регулирование давления на выпуске с помощью сравнения этого давления с номинальным давлением во время фазы регулирования с помощью отдельного открытия и закрытия, по меньшей мере, двух клапанов или с помощью регулирования, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, двух клапанов между открытым и закрытым положениями; и

(S4) закрытие соединения выпуска с впуском сжатого воздуха посредством закрытия, по меньшей мере, двух клапанов и открытия соединения выпуска с впуском наддувочного воздуха посредством открытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента, если давление на впуске достигло определенного являющегося параметром значения. Это значение может, например, соответствовать давлению на выпуске или может быть установлено заранее.

При этом подвод сжатого воздуха может осуществляться при каждом запросе на разгон или повышение крутящего момента (также при резком нажатии акселератора до упора). Но возможно также, что он осуществляется только при прежде всего определенных запросах, так, например, только при определенных переключениях передач.

При этом номинальное давление может определяться с помощью устройства управления на основании соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин по определенным или по всем имеющимся рабочим параметрам, благодаря чему становятся ненужными дополнительные датчики давления на устройстве снабжения свежей горючей смесью. Рабочие параметры уже могут содержать подобного рода величины напрямую или опосредованно. Естественно, также возможны дополнительные датчики давления.

Отдельное открытие и закрытие, по меньшей мере, двух клапанов или регулирование, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, двух клапанов между открытым и закрытым положением может осуществляться устройством управления согласно табличным величинам. К примеру, для этого может заранее устанавливаться специальная стратегия включения/выключения или стратегия регулирования, которая также сохраняется в табличных данных. Табличные данные могут сохраняться в памяти устройства управления или вне его, например, в блоке управления двигателя.

Вместо клапанного элемента может применяться также другой вид регулирующего устройства, например, золотниковый элемент.

Изобретение более подробно поясняется с помощью примеров осуществления со ссылкой на приложенные чертежи. При этом показывают:

фиг.1 - схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания с турбинным нагнетателем и устройством снабжения свежей горючей смесью;

фиг.2 - блок-схема существующего устройства снабжения свежей горючей смесью;

фиг.3 - блок-схема первого примера осуществления предложенного согласно изобретению устройства снабжения свежей горючей смесью;

фиг.4 - графическое изображение давления на выпуске;

фиг.5 - детальное изображение в перспективном виде клапанного модуля согласно первому примеру осуществления на фиг.3;

фиг.6 - графическое изображение поперечного сечения потока клапана пропорционального регулирования в зависимости от углового положения клапанного диска;

фиг.7 - схематическое изображение поперечного сечения клапанного модуля вдоль линии Z-Z на фиг.5;

фиг.8 - блок-схема второго примера осуществления предложенного согласно изобретению устройства снабжения свежей горючей смесью; и

фиг.9 - графическое изображение давления на выпуске и принадлежащих поперечных сечений для потока установленных клапанов.

Одинаковые конструктивные элементы или функциональные блоки с одинаковыми функциями на фигурах снабжены одинаковыми позициями.

Фиг.1 и фиг.2 уже были описаны и здесь не поясняются.

На фиг.3 показана схематическая блок-схема первого примера осуществления предложенного согласно изобретению устройства 7 снабжения свежей горючей смесью, причем в противоположность известному устройству снабжения свежей горючей смесью, представленному на фиг.2, устройство 20 для регулирования количества здесь включает два клапана 21, 211 с относящимся распределительным клапаном 22 и установленным за ним в направлении потока клапаном 23 пропорционального регулирования, который может регулироваться шаговым двигателем 24. При этом два клапана 21, 21¹ включены параллельно. Клапаны 21, 21¹ образованы преимущественно в качестве клапанов снабжения и могут вместе включаться и выключаться с помощью распределительного клапана 22, который может электрически управляться устройством 15 управления. Если не требуется подвод сжатого воздуха из впуска 8 сжатого воздуха, то они закрывают его, причем клапан 23 пропорционального регулирования в этом состоянии не нагружается давлением на впуске 8 и может выполняться соответствующим образом. Ниже он описывается более подробно.

Для пояснения функционирования теперь делается ссылка на фиг.4. На фиг.4 показано графическое изображение изменения первого давления 25 на выпуске 9 устройства 7 снабжения свежей горючей смесью во времени t. При запросе крутящего момента, который определяется посредством контроля величин давления на впуске 6 наддувочного воздуха (давление 27 на впуске) и давления 25 на выпуске 9 с помощью датчиков давления 18, 19, установленных на устройстве снабжения свежей горючей смесью или вне его, или также с помощью других, не показанных измерительных устройств через устройство 15 управления, оно сначала настраивает сервомотор 17 клапанного элемента 16 на закрытие соединения впуска 6 наддувочного воздуха с выпуском 9. При этом распределительный клапан 23 открывается с помощью шагового двигателя 14. Затем включается распределительный клапан 22, вследствие чего клапаны 21, 21¹ открываются и таким образом через открытый клапан 23 пропорционального регулирования выпуск 6 сжатого воздуха соединяется с выпуском 9. Противодействие теперь поступающего в него сжатого воздуха в впуск 6 наддувочного воздуха предотвращается с помощью закрытого клапанного элемента 16. При этом давление 25 на выпуске 9, начиная от начала наддува 31, во время фазы 31 роста давления быстро повышается до избыточного давления 26 (здесь: около 2 бар), которое через первый датчик 18 давления передается устройству 15 управления и сравнивается с заранее устанавливаемым номинальным давлением 29 (в этом примере около 1,5 бар). Благодаря этому через устройство 15 управления клапан 23 пропорционального регулирования устанавливается на меньшее поперечное сечение потока, так что в примыкающей фазе 32 регулирования давления с помощью этого контура регулирования давление 25 на выпуске настраивается на номинальное давление 29. Без этого регулирования давление 25 на выпуске полностью заняло бы место избыточного давления 26 и снова упало бы, вследствие чего получилось бы обеднение топливной смеси и повышенная подача воздушного компрессора 14.

Вначале запроса повышения крутящего момента давление наддувочного воздуха, поданное газотурбинным нагнетателем 2, которое сканируется в качестве давления 27 на впуске в этом примере вторым датчиком давления 19, еще очень низкое («турбодыра»). Затем оно повышается по параболе, так как газотурбинный нагнетатель 2 ускоряется и производит больше наддувочного воздуха.

Фаза 32 регулирования давления, в которой давление 25 на выпуске регулируется на номинальное давление, которое образует квазипостоянную величину, протекает до окончания 33 наддува, когда давление 27 на впуске и давление 25 в основном совпадают.Или когда давление 27 на впуске достигло определенной являющейся параметром величины. Эта величина, к примеру, может соответствовать давлению на выпуске или может устанавливаться заранее.

Позицией 28 обозначено изменение расчетного подъема давления 25 на выпуске.

По окончании 33 наддува клапаны 21, 211, а также клапан 23 пропорционального регулирования закрываются, причем клапанный элемент снова открывается.

Клапаны 21, 21¹, клапан 23 пропорционального регулирования с шаговым двигателем 24 и распределительный клапан 11 в предпочтительном осуществлении расположены в клапанном модуле 34, показанном на фиг.5 в детальном изображении в перспективном виде. Клапанный модуль 34 имеет корпус 35 клапана для установки распределительного клапана 22, клапана 23 пропорционального регулирования и клапанов 21, 21¹. Клапаны 21, 21¹ в этом случае выполнены в виде плоских мембранных клапанов с диафрагмами 38, опорными кольцами 39 и диафрагменными пружинами 37, расположенными в клапанном корпусе 35 и закрытыми мембранной крышкой 36. Естественно могут применяться также другие варианты исполнения.

Клапан 23 пропорционального регулирования имеет переменное поперечное сечение для потока. Поперечное сечение для потока (положение клапанного диска) динамически регулируется в функции расхода воздуха двигателем 1 внутреннего сгорания (с целью получения постоянной топливной смеси). Клапан 23 пропорционального регулирования регулируется шаговым двигателем 24 тем, что он непосредственно поворачивает клапанный диск 44, соединенный с его валом. Когда достигнуто окончание 33 наддува, клапан 23 пропорционального регулирования полностью закрывается, причем клапанный модуль 34 при этом отделен от всасывающего трубопровода 91, т.е. от выпуска 9. Основная уплотнительная функция клапана 23 пропорционального регулирования заключается в предотвращении поступления содержимого всасывающего трубопровода 91 в клапанный модуль 34. Далее пружина 41 безопасности соединена с валом шагового двигателя 23 или с клапанным диском 44, благодаря чему клапанный диск 44, к примеру, при отключении тока, поворачивается назад в закрытое положение. Клапанный диск 44 с возможностью поворота расположен между верхним уплотнением 43 и нижним уплотнением 45, причем верхнее уплотнение 43 закреплено в уплотнительной опорной плите 42 с отверстием. Уплотнения 43, 45 и уплотнительная опорная плита 42 с клапанным диском 44 в этом примере находятся внутри корреспондирующей выемки клапанного корпуса 35, которая снаружи закрыта клапанной крышкой 40. Шаговый двигатель 24 установлен снаружи на клапанной крышке 40, причем вал двигателя через клапанную крышку 40 проходит в выемку. Для достижения хороших свойств в отношении несущей способности, скольжения и уплотнения 43, 45, к примеру, покрыты PTFE.

Фиг.6 представляет графическое изображение поперечного сечения для потока клапана 23 пропорционального регулирования в зависимости от углового положения клапанного диска 44. Перестановка клапана 23 пропорционального регулирования и таким образом регулирование поперечного сечения для потока из закрытого положения в открытое положение происходит плавно и обратно пропорционально углу перестановки клапанного диска 44. Возможны точно также и другие взаимосвязи.

Распределительный клапан 22 со своей продольной осью расположен в клапанном корпусе 35 параллельно рядом с клапаном 23 пропорционального регулирования, причем клапаны 21, 21¹ с их продольной осью установлены в основном под прямым углом с одной стороны в клапанном корпусе 35. Возможно и другое расположение. Клапаны 21, 21¹ и 23 через каналы внутри клапанного корпуса 35 соответственно соединены друг с другом. Нижняя сторона клапанного корпуса 35 (см. фиг.7) в этом изображении может прикрепляться к устройству 7 снабжения свежей горючей смесью.

Кроме того фиг.7 показывает схематическое изображение поперечного сечения клапанного модуля 34 по линии Z-Z на фиг.5. Путь потока 47 сжатого воздуха проходит от впуска 8 сжатого воздуха через открытые диафрагмы 38 клапанов 21, 21¹, по соединительному каналу, через открытый клапанный диск 44 клапана 23 пропорционального регулирования в выпускное соединение 46, которое непоказанным способом соединено с выпуском 9 устройства 7 снабжения свежей горючей смесью. Диафрагменные пружины 37 воздействуют на диафрагмы 38 таким образом, что при отсутствии воздействия, они закрывают проход от впуска 8 сжатого воздуха к клапану 23 пропорционального регулирования.

Фиг.8 показывает блок-схему второго примера осуществления предложенного согласно изобретению устройства 7 снабжения свежей горючей смесью. Описанные уже в связи с фиг.3 и имеющиеся здесь функциональные элементы вновь не описываются. При этом здесь, между впуском 8 сжатого воздуха и выпуском 9 параллельно друг другу расположены, по меньшей мере, два клапана 21, 21¹ предпочтительно два клапана высокого давления. Они могут регулироваться отдельно друг от друга соответственно от распределительного клапана 22 через устройство 15 управления. В показанном здесь втором варианте осуществления клапаны 21, 21¹ имеют различное поперечное сечение An для потока, а именно, А1 и А2, как показано схематически внизу на фиг.9.

Фиг.9 показывает графическое изображение второго давления 48 на выпуске и принадлежащие поперечные сечения An для потока установленных клапанов 21, 21¹. В верхней части фиг.9 показано изменение второго давления 48 на выпуске 9 во времени t, причем в нижней части фиг.9 показано поперечное сечение An установленных клапанов 21, 21Давление 27 на впуске уже описывалось в связи с фиг.4. Позицией 28 обозначен номинальный подъем идеального подъема давления на выпуске 9. Номинальное давление представляет собой номинальное значение (здесь в области 1,5 бар), которое применяется в качестве сравнительной величины для фактического значения второго давления 48 на выпуске (замеренного на выпуске 9) для определения управляющего воздействия для поперечного сечения для потока А клапанов 21, 21¹ чтобы таким образом второе давление 48 на выпуске отрегулировать на номинальное значение 29. При этом в ходе фазы 33 регулирования давления (см. также фиг.4) после произошедшего подъема давления могут иметь место колебания 49 давления вокруг номинального значения 29. Однако можно избежать возникновения избыточного давления 26, как изображено на фиг.4, и связанных с ним недостатков.

Для получения желаемого поперечного сечения для потока, по меньшей мере, два клапана 21, 21¹ включаются или выключаются отдельно друг от друга или одновременно. По меньшей мере, два клапана 21, 21¹ имеют здесь различное поперечное сечение для потока A1, А2, причем А1 больше А2. Вначале наддува 30 оба поперечных сечений А1, А2 для потока, потом А2 периодически закрывается, вследствие чего получаются колебания 49 давления, которые здесь изображены в преувеличенном виде. Потом при наддуве 33 оба поперечных сечения A1, А2 для потока закрываются. Поперечные сечения A1, А2 для потока могут быть также одинаковой величины. Может также варьироваться время включения или выключения. При большем количестве клапанов 21, 21¹ с несколькими различными поперечными сечениями An для потока с различным времен включения / выключения возможны большие возможности варьирования и более тонкое регулирование, а также более низкие колебания 49 давления второго давления 48 на выпуске.

Общее поперечное сечение для потока устанавливается, чтобы поддерживать максимальный расход воздуха в двигателе внутреннего сгорания и нормальным образом работу перепускного клапана отработавшего газа в системе наддува.

Расположение, по меньшей мере, двух клапанов 21, 21¹ с относящимися распределительными клапанами 22 в этом втором примере осуществления подобно первому примеру осуществлению может также осуществляться в клапанном модуле 34.

Последовательность включения/выключения этих многоступенчатых клапанов 21, 21¹ осуществляется с помощью определенной стратегии, при которой возможны различные характеристики давления на выпуске в большой вариации. Подобного рода стратегия может происходить, например, из стратегии управления или стратегии регулирования, которая использует все электрические/механические сигналы/параметры/программы, имеющиеся в распоряжении в системе транспортного средства, принадлежащего к двигателю 1 внутреннего сгорания. При этом могут применяться справочные таблицы и другие хранимые величины/таблицы и тому подобное. Подобного рода таблицы могут составляться, подгоняться, изменяться дополняться при фазах регулирования или разгона двигателя 1 внутреннего сгорания или его управления.

Изобретение не ограничено описанными выше примерами осуществления.

Оно может модифицироваться в рамках приложенной формулы изобретения.

В первом примере осуществления также возможно применение только одного или нескольких клапанов 21.

Так, например, по меньшей мере, один из, по меньшей мере, двух клапанов 21, 21¹ преимущественно клапанов снабжения второго примера осуществления согласно фигуре 8 с помощью механических, электрических или других средств или их комбинаций может регулироваться разнообразным способом или также ступенчато между закрытым положением и открытым положением таким образом, что поперечное сечение для потока точно также может регулироваться разнообразным способом или также ступенчато, вследствие чего возможно всестороннее регулирование и приспособление давления 48 на выпуске.

Также возможно, клапан 21, 21¹ образован многоступенчатым с поперечными сечениями для потока одинаковой или различной величины.

Далее возможно, что давление 27 на впуске и давление 25, 48 на выпуске или только какое-то одно давление может определяться расчетным путем на основании рабочих параметров. Например, рабочие параметры могут рассчитываться с помощью соответствующего алгоритма и/или хранимых табличных величин с помощью устройства 15 управления.

Кроме того, возможно, что клапанный элемент 16 может также плавно регулироваться с помощью электрических, механических и/или других средств между закрытым положением и открытым положением. При этом возможны некоторые случаи, а именно, могут плавно регулироваться либо два клапана 21, 21¹ и клапанный элемент 16 или только клапанный элемент 16 или только два клапана 21, 21¹. В случае возможности плавного регулирования как двух клапанов 21, 21¹ так и клапанного элемента 16, возможны различные вариации и приспосабливания к широкому спектру режимов работы.

Перечень позиций

1. Двигатель внутреннего сгорания

2. Газотурбинный нагнетатель

3. Компрессор

4. Турбина, работающая на отработавших газах

5. Охладитель наддувочного воздуха

6. Впуск наддувочного воздуха

7. Устройство снабжения свежей горючей смесью

8. Впуск сжатого воздуха

9. Выпуск

9.¹ Всасывающий трубопровод

10 Выпускной газопровод

11 Впуск всасываемого воздуха

12 Выпуск отработавшего газа

13 Емкость

14 Воздушный компрессор

15 Устройство управления

16 Клапанный элемент

17 Сервомотор

18 Первый датчик давления

19 Второй датчик давления

20 Устройство для регулирования количества

21, 21¹ Клапан

22 Распределительный клапан

23 Клапан пропорционального регулирования

24 Шаговый двигатель

25 Первое давление на выпуске

26 Избыточное давление

27 Давление на впуске

28 Номинальный подъем

29 Номинальное давление

30 Начало наддува

31 Фаза развития давления

32 Фаза регулирования давления

33 Окончание наддува

34 Клапанный модуль

35 Корпус клапана

36 Мембранная крышка

37 Мембранная пружина

38 Мембрана

39 Опорное кольцо

40 Крышка клапана

41 Пружина безопасности

42 Уплотнительная опорная плита

43 Верхнее уплотнение

44 Клапанный диск

45 Нижнее уплотнение

46 Выпускное соединение

47 Путь потока

48 Второе давление на выпуске

49 Колебание давления

An Поперечное сечение потока

P Давление

t Время

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство (7) снабжения свежей горючей смесью для двигателей (1) внутреннего сгорания с газотурбинным нагнетателем (2) имеет впуск (6) для наддувочного воздуха из газотурбинного нагнетателя (2), впуск (8) для сжатого воздуха, выпуск (9), который через регулирующее устройство, преимущественно через клапанный элемент, может соединяться с впуском (6) для наддувочного воздуха и через устройство для регулирования количества воздуха, которое имеет закрытое и открытые положения, для соединения с впуском (8) для сжатого воздуха. Устройство для регулирования количества воздуха закрыто, если клапанный элемент частично или полностью открыт. Имеются устройство управления для управления регулирующим устройством, преимущественно клапанным элементом, и устройством для регулирования количества воздуха в зависимости от режимов работы двигателя (1) внутреннего сгорания. Устройство для регулирования количества воздуха имеет, по меньшей мере, один клапан для открытия и для закрытия впуска (8) сжатого воздуха и установленный следом в направлении потока клапан пропорционального регулирования для регулирования давления в выпуске (9). Раскрыты вариант выполнения устройства снабжения свежей горючей смеси для двигателя внутреннего сгорания и способы регулирования давления на выпуске устройства снабжения свежей горючей смеси. Технический результат заключается в снижении задымления. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство (7) снабжения свежей горючей смесью для двигателей (1) внутреннего сгорания с газотурбинным нагнетателем (2), имеющее:
a) впуск (6) для наддувочного воздуха для впуска наддувочного воздуха из газотурбинного нагнетателя (2);
b) впуск (8) для сжатого воздуха для впуска сжатого воздуха;
c) выпуск (9), который через регулирующее устройство, преимущественно через клапанный элемент (16) может соединяться с впуском (6) для наддувочного воздуха и через устройство (20) для регулирования количества, которое имеет закрытое положение и преимущественно как угодно открытые положения, может соединяться с впуском (8) для сжатого воздуха, причем устройство (20) для регулирования количества закрыто, если клапанный элемент (16) частично или полностью открыт; и
d) устройство (15) управления для управления регулирующим устройством, преимущественно клапанным элементом (16), и устройством (20) для регулирования количества в зависимости от режимов работы двигателя (1) внутреннего сгорания, отличающееся тем, что
e) устройство (20) для регулирования количества имеет, по меньшей мере, один клапан (21, 21¹) для открытия и для закрытия впуска (8) сжатого воздуха и установленный следом в направлении потока клапан (23) пропорционального регулирования для регулирования давления (25, 48) на выпуске в выпуске (9).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один клапан (21, 21¹) и клапан (23) пропорционального регулирования расположены в клапанном корпусе (35) клапанного модуля (34).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один клапан (21, 21¹) установлен с возможностью регулироваться устройством (15) управления через распределительный клапан (22).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что распределительный клапан (22) расположен в клапанном корпусе (35) клапанного модуля (34).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что клапан (23) пропорционального регулирования имеет клапанный диск (44), который по пути (47) потока расположен между, по меньшей мере, одним клапаном (21, 21¹) и выпускным отверстием (46) для выпуска (9) с возможностью поворачиваться шаговым двигателем для образования закрытого положения и как угодно открытого положения для закрытия или открытия пути (47) потоку.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что клапан (23) пропорционального регулирования имеет пружину (4) безопасности, которая соединена с клапанным диском (44) и воздействует на него в направлении закрывающего положения клапанного диска (44).

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один клапан (21, 21¹) представляет собой мембранный клапан.

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что устройство (7) для снабжения свежей горючей смесью имеет, по меньшей мере, один датчик (18) давления для сканирования давления (25, 48) на выпуске и, по меньшей мере, один датчик (19) давления для сканирования давления (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха.

9. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что давление (25, 48) на выпуске и давление (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха может сканироваться с помощью расположенных вне устройства для снабжения свежей горючей смесью измерительных устройств.

10. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что давление (25, 48) на выпуске и давление (27) на впуске (6) наддувочного воздуха может рассчитываться на основании рабочих параметров с помощью соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин.

11. Устройство (7) для снабжения свежей горючей смесью для двигателей
(1) внутреннего сгорания с газотурбинным нагнетателем (2), имеющее:
a) впуск (6) для наддувочного воздуха для впуска наддувочного воздуха из газотурбинного нагнетателя (2);
b) впуск (8) для сжатого воздуха для впуска сжатого воздуха;
c) выпуск (9), который через регулирующее устройство, преимущественно через клапанный элемент (16), может соединяться с впуском (6) для наддувочного воздуха и через устройство (20) для регулирования количества, которое имеет закрытое положение и преимущественно как угодно открытое положение, может соединяться с впуском (8) для сжатого воздуха, причем устройство (20) для регулирования количества закрыто, если клапанный элемент (16) частично или полностью открыт; и
d) устройство (15) управления для управления регулирующим устройством, преимущественно клапанным элементом (16), и устройством (20) для регулирования количества в зависимости от режимов работы двигателя (1) внутреннего сгорания,
отличающееся тем, что
e) устройство (20) для регулирования количества имеет, по меньшей мере, один клапан (21, 21¹) для открытия и для закрытия впуска (8) сжатого воздуха и для регулирования давления (25, 48) на выпуске (9), и причем, по меньшей мере, два клапана (21, 21¹) установлены с возможностью отдельно регулироваться устройством (15) управления через распределительный клапан (22).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два клапана (21, 21¹) имеют одинаковые поперечные сечения (An) для потока.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два клапана (21, 21¹) имеют различные по величине поперечные сечения (An) для потока.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два клапана (21, 21¹) и/или клапанный элемент (16) выполнены с возможностью плавно регулироваться с помощью электрического, механического и/или другого средства между закрытым положением и открытым положением.

15. Устройство по одному из пп.11-14, отличающееся тем, что устройство (7) снабжения свежей горючей смесью имеет, по меньшей мере, один датчик (18) давления для сканирования давление (25, 48) на выпуске (9) и, по меньшей мере, один датчик (19) давления для сканирования давления (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха.

16. Устройство по одному из пп.11-14, отличающееся тем, что давление (25, 48) на выпуске и давление (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха могут сканироваться расположенными вне устройства снабжения свежей горючей смесью измерительными устройствами.

17. Устройство по одному из пп.11-14, отличающееся тем, что давление (25, 48) на выпуске и давление (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха могут рассчитываться на основании рабочих параметров с помощью соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин.

18. Способ регулирования давления (25, 48) на выпуске (9) устройства (7) снабжения свежей горючей смесью по одному из пп.1-7, причем способ имеет следующие этапы:
(S1) определение давления (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха и давления (25, 48) на выпуске устройства (7) снабжения свежей горючей смесью, а также рабочих параметров режима работы двигателя (1) внутреннего сгорания;
(S2) прерывание соединения выпуска (9) с впуском (6) для наддувочного воздуха с помощью закрытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента (16), если требуют определенный рабочий параметр или несколько повышенный разгон двигателя (1) внутреннего сгорания;
(S3) открытие соединения выпуска (9) с впуском (8) для сжатого воздуха с помощью открытия, по меньшей мере, одного клапана (21, 21¹) и клапана (23) пропорционального регулирования во время фазы (31) роста давления и регулирование давления (25, 48) на выпуске с помощью сравнения давления (25, 48) на выпуске с номинальным давлением (29) с помощью регулирования клапана (23) пропорционального регулирования во время фазы (32) регулирования давления; и
(S4) закрытие соединения выпуска (9) с впуском (8) для сжатого воздуха с помощью закрытия, по меньшей мере, одного клапана (21, 21¹), а также клапана (23) пропорционального регулирования и открытие соединения выпуска (9) с впуском (6) для наддувочного воздуха с помощью открытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента (16), если давление (27) на впуске достигло определенной и являющейся параметром величины.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что номинальное давление (29) определяют по определенным рабочим параметрам и давлению с помощью устройства управления на основании соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин.

20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что регулирование клапана (23) пропорционального регулирования осуществляют согласно табличным величинам с помощью устройства (15) управления.

21. Способ регулирования давления (25, 48) на выпуске (9) устройства (7) снабжения свежей горючей смесью по одному из пп.8-12, причем способ имеет следующие этапы:
(S1) определение рабочих параметров режима работы двигателя внутреннего сгорания (1);
(S2) прерывание соединения выпуска (9) с впуском (6) для наддувочного воздуха с помощью закрытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента (16), если требуют определенный рабочий параметр или больший разгон двигателя (1) внутреннего сгорания; и
(S3) открытие соединения выпуска (9) с впуском (8) сжатого воздуха с помощью полного открытия, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) в фазе (31) развития давления и регулирование давления (25, 48) на выпуске с помощью сравнения этого давления с номинальным давлением (29) во время фазы (32) регулирования давления с помощью отдельного открытия и закрытия, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) и с помощью регулировки одного из, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) между открытым и закрытым положением; и
(S4) закрытие соединения выпуска (9) с выпуском (8) сжатого воздуха с помощью закрытия, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) и открытие соединения выпуска (9) с впуском (6) для наддувочного воздуха с помощью открытия регулирующего устройства, преимущественно клапанного элемента (16), если давление (27) на впуске достигло определенной и являющейся параметром величины.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что номинальное давление (29) определяют по определенным рабочим параметрам с помощью устройства управления на основании соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что номинальное давление (29) определяют с помощью определения давления (27) на впуске (6) для наддувочного воздуха и давления (25, 28) на выпуске (9) устройства снабжения свежей горючей смесью, а также по определенным рабочим параметрам с помощью устройства управления на основании соответствующих алгоритмов и/или хранимых табличных величин.

24. Способ по одному из пп.21-23, отличающийся тем, что отдельное открытие или закрытие, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) или регулирование, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, двух клапанов (21, 21¹) осуществляют между открытым и закрытым положением согласно табличным величинам с помощью устройства (15) управления.