СИСТЕМА ЗАЩИТЫ БЛОКА ТУРБОНАДДУВА, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКУЮ СИСТЕМУ И СПОСОБ ЗАЩИТЫ БЛОКА ТУРБОНАДДУВА Российский патент 2018 года по МПК F02B37/18 F02B39/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Объектом настоящего изобретения является система защиты блока турбонаддува двигателей внутреннего сгорания. В частности, настоящее изобретение относится к системам для предотвращения повреждения турбонагнетателя в ситуации, когда давление смазочного масла является недостаточным.

Уровень техники

Вязкость смазочного масла сильно зависит от условий окружающей среды. Таким образом, когда двигатель холодный, при низкой температуре, вязкость масла увеличивается, и поэтому требуется больше времени для того, чтобы масло могло достигнуть корпуса турбины и/или нагнетателя и, следовательно, подшипников этих устройств.

В течение этого периода времени турбонагнетатель работает без масла, что оказывает серьезное отрицательное влияние на состояние подшипников. Раскрытие изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в устранении всех вышеупомянутых недостатков и в создании простой и эффективной системы защиты турбины, которая позволит предотвратить повреждение турбонагнетателя в ситуациях, когда давление смазочного масла является недостаточным.

Основная идея настоящего изобретения заключается в использовании клапана перепуска выхлопных газов, работающего в зависимости от давления смазочного масла в турбонагнетателе, для того, чтобы, по меньшей мере, часть выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания могла обходить турбину и выходить наружу, до тех пор, пока давление масла не достигнет заданного уровня.

Таким образом, указанный перепускной клапан представляет собой «клапан минимального давления».

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения такой перепускной клапан встроен в конструкцию специального регулятора давления наддува.

Регуляторы давления наддува, как правило, являются «клапанами максимального давления», которые используются для направления выхлопных газов в обход турбины в случае, если давление на входе станет выше заданного уровня.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, объектом изобретения является регулятор давления наддува, объединенный в одном корпусе с вышеупомянутым «клапаном минимального давления» и служащий для направления выхлопных газов двигателя в обход турбины, если давление смазочного масла турбонагнетателя не достигает заданного уровня, который, предпочтительно, устанавливается специалистами.

В соответствии с п. 1 формулы изобретения задача настоящего изобретения заключается в создании системы для защиты системы турбонаддува, в частности для предотвращения ее возможного повреждения при недостаточном давлении смазочного масла.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа защиты системы турбонаддува, в частности предотвращения ее возможного повреждения при недостаточном давлении смазочного масла.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании транспортного средства, содержащего двигатель внутреннего сгорания, оборудованный системой турбонаддува и вышеупомянутой системой защиты.

Предпочтительно, регулирование давления наддува производится в зависимости от давления смазочного масла.

Кроме того, описанное здесь техническое решение может быть применено к традиционной системе; такое изобретение, благодаря применению устройства регулирования давления смазочного масла, позволяет использовать управление перепуском турбины, привод которой продолжает осуществляться пневматически, с преимуществом, которое заключается в наличии заранее располагаемого запаса энергии для регулирования теплового режима работы двигателя при прогреве.

Пункты прилагаемой формулы изобретения являются неотъемлемой частью настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут ясными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием предпочтительного варианта осуществления изобретения (а также альтернативных вариантов осуществления) со ссылками на прилагаемые чертежи, служащими для иллюстрации и не носящими сколько-нибудь ограничительного характера.

На фиг. 1 показана блок-схема двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом, оборудованного системой защиты системы турбонаддува, в частности, для предотвращения ее возможного повреждения при недостаточном давлении смазочного масла;

на фиг. 2а-2d - схематичное изображение предпочтительного варианта осуществления части системы, показанной на фиг. 1;

на фиг. 3 - предпочтительный альтернативный вариант части системы, показанной на фиг. 2а-2d, в первой рабочей конфигурации;

на фиг. 4-6 - дополнительные рабочие конфигурации предпочтительного альтернативного варианта выполнения системы, показанного на чертеже;

на фиг. 7 - часть предпочтительного альтернативного варианта исполнения части системы, показанной на фиг. 3-6.

Одни и те же элементы или компоненты системы обозначены одними и теми же номерами позиций и буквами на всех чертежах.

Для большей ясности все номера позиций, которые должны были быть повторно указаны на всех остальных чертежах, показаны только на фиг. 4.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлена блок-схема двигателя 4 внутреннего сгорания, оборудованного, по меньшей мере, одной ступенью турбонаддува, содержащей турбину 14, вход которой соединен с выпускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор 2 с приводом от турбины 14, выход которого соединен с входным впускным коллектором двигателя 4 внутреннего сгорания.

Между выпускным коллектором двигателя 4 внутреннего сгорания и входом в турбину 14 установлен клапан 1015 давления, приводимый в действие смазочным маслом турбины 14 или, более конкретно, смазочным маслом блока турбонаддува. Для большей ясности далее везде этот клапан будет называться "клапаном с масляным приводом" или "клапаном минимального давления".

На всех чертежах надпись "воздух из компрессора" служит для обозначения воздуха, поступающего по воздушному каналу от выхода компрессора 2 турбонаддува во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания.

Надпись "масло из корпуса подшипников" служит для обозначения масла, поступающего по гидравлическому каналу из системы смазки блока турбонаддува для смазки подшипников данного блока.

Указанный клапан 1015 содержит:

- приводной вход, соединенный со смазочной системой 1011 блока турбонаддува,

- средства (137, 61) перепуска для управления/отклонения потока выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора двигателя 4 внутреннего сгорания, таким образом, чтобы пустить их в обход турбины 14 блока турбонаддува.

Клапан 1015 давления с масляным приводом срабатывает в направлении, противоположном направлению срабатывания регулятора давления наддува, так как он заставляет выхлопные газы обходить турбину, когда давление смазочного масла ниже заданного значения, которое, предпочтительно, может быть установлено.

Регуляторы давления наддува, наоборот, управляют обходом турбины, когда уровень давления во входном контуре превышает другое заданное значение.

Альтернативный вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 1, может быть известным способом объединен с использованием регулятора давления наддува.

В частности, в представленной схеме регулятор давления наддува может осуществлять обход турбины 14 с помощью той же самой обводной трубы 61

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения клапан 1015 с масляным приводом встроен в регулятор давления наддува, и наоборот. Это позволяет использовать единую обводную трубу без каких-либо дополнительных модификаций принципиальной схемы устройства.

На фиг. 2а, 2b и 2с показана принципиальная схема выполнения такого "клапана в клапане".

В частности, клапан 1015 с масляным приводом встроен в регулятор 166 давления наддува.

Как показано на фиг. 3-7, такой "двухприводной впускной клапан" содержит:

- первый вход 68, служащий для функционального соединения с впускным коллектором двигателя внутреннего сгорания;

- первую расширяющуюся камеру 121, в которую открыт указанный первый вход 68 и которая расположена между корпусом 24 и первым подвижным элементом 31;

- первую пружину 131, установленную между первым подвижным элементом 31 и первой фиксированной точкой 1351 во внешнем корпусе 24 и оказывающую сопротивление расширению первой камеры 121 за счет давления, образующегося при поступлении в нее воздуха через первый вход 68;

- второй вход 610, функционально соединенный со смазочным контуром блока турбонаддува, предпочтительно с входом смазочного контура;

- вторую расширяющуюся камеру 122, в которую открыт указанный второй вход 610 и которая расположена между корпусом 24 и вторым подвижным элементом 32;

- вторую пружину 132, установленную между вторым подвижным элементом 32 и второй фиксированной точкой 1352 во внешнем корпусе 24 и оказывающую сопротивление расширению второй камеры 122 за счет давления, образующегося при поступлении в нее масла через второй вход 610;

- единый шток 137, перемещающийся между втянутым и выдвинутым положениями и соединенный с мембранами 31 и 32 для управления обходом турбины 14.

Предпочтительно, фиксированные точки 1351, 1352 и мембраны 31, 32 устроены таким образом, чтобы они могли перемещаться в противоположных направлениях относительно друг друга при достижении соответствующих пороговых значений давлений в соответствующих камерах 121, 122, так что шток 137 вынужден перемещаться в выдвинутое (или втянутое) положение, когда выполняется, по меньшей мере, одно из следующих условий:

- давление газа на входе больше или равно первому заданному значению;

- давление смазочного масла равно второму заданному значению или меньше него.

Очевидно, связь между состоянием выдвигания/втягивания штока 137 и состоянием открытия/закрытия обводной трубы 61 зависит от конструкции, создаваемой специалистом в данной области техники.

На фиг. 3 или 2а показано состояние, при котором первая камера 121 расширена (1214), а вторая камера 122 сжата (1222), при этом шток 137 находится в выдвинутом положении, и обводная труба открыта.

На фиг. 4 или 2b показано состояние, при котором первая камера 121 сжата (1212), а вторая камера 122 расширена (1224), при этом шток 137 находится во втянутом положении, и обводная труба 61 закрыта.

На фиг. 5 или 2 с показано состояние, при котором как первая камера 121, так и вторая камера 122 сжаты (1212, 1222), при этом шток 137 находится в выдвинутом положении, и обводная труба 61 открыта.

На фиг. 6 или 2d показано состояние, при котором как первая камера 121, так и вторая камера 122 расширены (1214, 1224), при этом шток 137 находится в выдвинутом положении, и обводная труба 61 открыта.

Открывание обводной трубы может производиться таким образом, что отвод выхлопных газов будет производиться полностью или частично.

Кроме того, когда первая камера 121 находится в сжатом состоянии, количество выхлопных газов, проходящих по обводной трубе 61, может отличаться от количества выхлопных газов, проходящих по ней, когда вторая камера 122 находится в сжатом состоянии. Это обусловлено тем, что, например, при непрогретом двигателе, и, следовательно, при недостаточном поступлении смазочного масла в блок турбонаддува, может быть целесообразным его полностью отключить, а не частично обойти, как это обычно делается в регуляторах давления наддува.

Иными словами, шток 137 может выдвигаться на различные расстояния в связи с тем, что он приводится в действие не клапаном 1015 с масляным приводом, а за счет расширения регулятора 166 давления наддува.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения обе мембраны/оба поршня параллельны друг другу. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения пружины 131 и 132 являются цилиндрическими и расположены соосно друг другу. Предпочтительно, первая пружина 131 установлена снаружи второй пружины 132, поскольку первая пружина должна противодействовать более значительным усилиям.

Между двумя цилиндрическими пружинами расположен внутренний корпус 21 цилиндрической формы и соосный пружинам 131 и 132, причем в обеих опорах предусмотрены соответствующие центральные отверстия, сквозь которые проходит шток 137. По меньшей мере, во второй опоре 12212 такого внутреннего корпуса 21, частично ограничивающей вторую камеру 122, установлена соответствующая уплотняющая прокладка 6. Первая опора 12211, вместо этого, граничит с зоной расширения первой камеры 121.

Следует отметить, что вторая опора внутреннего корпуса совпадает с опорой внешнего корпуса 24.

Следует отметить также, что, как показано на чертежах, первая камера 121 оснащена мембраной 31, а во второй камере 122 установлен подвижный поршень 32. Это не означает, что оба вышеуказанных элемента 31 и 32 должны быть обязательно мембранами или подвижными поршнями. В целом, такие мембраны/поршни в более общем смысле можно назвать "подвижными элементами".

Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления изобретения, который является логическим продолжением первых двух вариантов, представленных на рассмотренных чертежах, шток 137 расположен перпендикулярно обеим мембранам 31 и 32, причем второй подвижный элемент 32 имеет кольцевую форму, и шток 137 проходит сквозь него и может скользить по нему до упора штока 137.

Таким образом, шток 137 имеет первый конец, контактирующий с центром первого подвижного элемента 31 и перемещаемый им, и второй конец, который активирует средства перепуска. Когда второй подвижный элемент 32, в результате уменьшения объема второй камеры 122, прижимается к упору 111, шток перемещается в выдвинутое положение.

Упор 111 расположен в промежуточном положении между двумя вышеупомянутыми концами штока 137.

Согласно еще одному альтернативному предпочтительному варианту осуществления изобретения, который может быть объединен с описанными выше вариантами, вторая пружина может быть предварительно нагруженной.

На фиг. 7 подробно показан второй подвижный элемент 32. Данный элемент содержит втулку 9 (также называемую ползуном), коаксиальную со штоком 137 и скользящую по нему, а также уплотнительный элемент 142 кольцеобразной формы относительно втулки 9. Предпочтительно, уплотнительный элемент 142 навинчивается на втулку 9. На фиг. 7 изображена контргайка 232, которая также навинчивается на втулку 9 с целью фиксации уплотнительного элемента 142, имеющего кольцевой паз, в котором установлено уплотнительное кольцо 1012.

Уплотнительный элемент 142 может непосредственно контактировать с цилиндрической пружиной 132. Предпочтительно, втулка содержит соответствующее кольцевое расширение 1353, образующее вторую поверхность сжатия второй пружины 132. Первой поверхностью сжатия второй пружины, предпочтительно, является внутренняя часть первой опоры 12211 внутреннего корпуса 21, расположенная напротив вышеупомянутой второй опоры 12212.

В показанной конфигурации внутри практически цилиндрического внешнего корпуса 24 установлен первый подвижный элемент 31 и первая цилиндрическая пружина 131, внутри которой, в свою очередь, расположен внутренний корпус 21, в котором установлены вторая пружина 132 и второй подвижный элемент 32.

Если втулка имеет указанное кольцевое расширение 1353, то посредством осевого перемещения подвижного элемента 32 относительно скользящей втулки 9 можно создавать предварительную нагрузку второй пружины 132. В частности, при перемещении уплотнительного элемента 142 второго подвижного элемента 32 в сторону от кольцевого расширения 1353, предварительная нагрузка второй пружины 132 увеличивается.

Скользящая втулка 9 может упираться в первую опору 12211 внутреннего корпуса 21. Или, при необходимости, она может проходить сквозь соответствующее центральное отверстие первой опоры внутреннего корпуса 21 вверх до контакта опоры с упором 1354, выполненным на скользящей втулке 9.

Если говорить о способе настоящего изобретения, то необходимо отметить, что перепуск выхлопных газов осуществляется, когда давление смазочного масла турбины является недостаточным.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в пределах объема настоящего изобретения могут быть разработаны и реализованы на практике и другие варианты исполнения устройства.

На основании приведенного выше описания специалист сможет реализовать данное изобретение, не нуждаясь в описании дальнейших деталей конструкции. Элементы и отличительные признаки, описанные для различных предпочтительных вариантов осуществления изобретения, могут объединяться друг с другом в пределах объема настоящей заявки. То, что описано в отношении известного уровня техники, если не указано особо в подробном описании изобретения, необходимо учитывать в сочетании с отличительными признаками настоящего изобретения, поскольку они являются неотъемлемой частью настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система защиты блока турбонаддува предназначена для предотвращения повреждения при недостаточном давлении смазочного масла. Система защиты блока турбонаддува содержит первые средства перепуска выхлопного газа, управляемые в зависимости от давления смазочного масла в блоке турбонаддува и предназначенные для обеспечения перепуска по меньшей мере части указанных выхлопных газов в обход турбины, когда указанное давление ниже первого заданного значения. Блок турбонаддува содержит смазочный контур. Средства перепуска содержат клапан минимального давления с приводным входом, функционально соединенным со смазочным контуром. Система дополнительно содержит вторые средства перепуска выхлопных газов, управляемые в зависимости от давления воздуха, измеряемого в соответствующем впускном коллекторе, и содержащие регулятор давления наддува. Первые и вторые средства перепуска содержат общую обводную трубу. Регулятор (166) давления наддува и клапан минимального давления встроены в единый корпус (24), образуя двухприводной впускной клапан. Двухприводной впускной клапан содержит внешний корпус (24), первый вход (68), первую расширяющуюся камеру (121), первую пружину (131), второй вход (610), вторую расширяющуюся камеру (122), вторую пружину (132) и единый шток (137). Первый вход (68) служит для функционального соединения с трубой между впускным коллектором и компрессором блока турбонаддува двигателя внутреннего сгорания. В первую камеру (121) открыт первый вход (68). Первая камера (121) образована между внешним корпусом (24) и первым подвижным элементом (31). Первая пружина (131) установлена между первым подвижным элементом (31) и первой фиксированной точкой (1351) во внешнем корпусе (24) в третьей камере, отличной от первой и второй камер (121), (122). Первая пружина (131) оказывает сопротивление расширению первой камеры (121). Второй вход (610) предназначен для функционального соединения со смазочным контуром блока турбонаддува. Во вторую камеру (122) открыт второй вход (610). Вторая камера (122) образована между внешним корпусом (24) и вторым подвижным элементом (32). Вторая пружина (132) установлена между вторым подвижным элементом (32) и второй фиксированной точкой (1352) во внешнем корпусе (24). Вторая пружина (132) оказывает сопротивление расширению второй камеры (122). Единый шток (137) имеет возможность перемещения между втянутым и выдвинутым положениями и соединен с подвижными элементами (31), (32) для управления обходом турбины (14). Раскрыты транспортное средство, содержащее двигатель с блоком турбонаддува и системой защиты блока турбонаддува и способ защиты блока турбонаддува. Технический результат заключается в предотвращении повреждения турбонагнетателя при недостаточном давлении смазочного масла. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система защиты блока (14, 2) турбонаддува путем предотвращения соответствующего повреждения при недостаточном давлении соответствующего смазочного масла, содержащая первые средства (1015, 61) перепуска выхлопного газа, управляемые в зависимости от давления смазочного масла в блоке (14, 2) турбонаддува и предназначенные для обеспечения перепуска по меньшей мере части указанных выхлопных газов в обход турбины (14), когда указанное давление ниже первого заданного значения, причем блок (14, 2) турбонаддува содержит смазочный контур, при этом средства перепуска содержат клапан (1015) минимального давления с приводным входом, функционально соединенным с указанным смазочным контуром, при этом система дополнительно содержит вторые средства перепуска выхлопных газов, управляемые в зависимости от давления воздуха, измеряемого в соответствующем впускном коллекторе, и содержащие регулятор давления наддува, причем первые и вторые средства перепуска содержат общую обводную трубу (61), при этом регулятор давления наддува и клапан (1015) минимального давления встроены в единый корпус (24), образуя двухприводной впускной клапан, отличающаяся тем, что двухприводной впускной клапан содержит:

внешний корпус (24);

первый вход (68), служащий для функционального соединения с трубой между впускным коллектором и компрессором (2) блока турбонаддува двигателя (4) внутреннего сгорания;

первую расширяющуюся камеру (121), в которую открыт первый вход (68) и которая образована между внешним корпусом (24) и первым подвижным элементом (31);

первую пружину (131), установленную между первым подвижным элементом (31) и первой фиксированной точкой (1351) во внешнем корпусе (24) в третьей камере, отличной от первой и второй расширяющихся камер (121, 122), и оказывающую сопротивление расширению первой камеры (121);

второй вход (610), предназначенный для функционального соединения со смазочным контуром блока турбонаддува;

вторую расширяющуюся камеру (122), в которую открыт второй вход (610) и которая образована между внешним корпусом (24) и вторым подвижным элементом (32);

вторую пружину (132), установленную между вторым подвижным элементом (32) и второй фиксированной точкой (1352) во внешнем корпусе (24) и оказывающую сопротивление расширению второй камеры (122);

единый шток (137), имеющий возможность перемещения между втянутым и выдвинутым положениями и соединенный с подвижными элементами (31, 32) для управления обходом турбины (14).

2. Система по п. 1, в которой фиксированные точки (1351, 1352) и подвижные элементы (31, 32) взаимно расположены с возможностью перемещения в противоположных направлениях относительно друг друга при достижении соответствующих пороговых значений давлений в соответствующих камерах (121, 122), заставляя шток (137) перемещаться в выдвинутое или втянутое положения, когда выполняется по меньшей мере одно из следующих условий:

давление газа на входе равно первому заданному значению или больше него;

давление смазочного масла равно второму заданному значению или меньше него.

3. Система по п. 2, в которой подвижные элементы (31, 32) расположены параллельно друг другу, и/или второй подвижный элемент (32) содержит средство создания предварительной нагрузки второй пружины (132), и/или пружины (131, 132) представляют собой цилиндрические винтовые пружины, установленные соосно друг другу, между которыми расположен внутренний корпус (21) цилиндрической формы, соосный указанным пружинам (131, 132), причем в обоих основаниях цилиндра выполнены соответствующие центральные отверстия, через которые проходит шток (137).

4. Система по п. 3, в которой шток (137) расположен перпендикулярно обоим подвижным элементам (31, 32) и имеет первый конец, контактирующий с центром первого подвижного элемента (31), при этом второй подвижный элемент (32) расположен вокруг штока (137) и имеет возможность скольжения по штоку (137) до выполненного на штоке упора (111).

5. Система по п. 4, в которой основание цилиндра (21) представляет собой первую поверхность сжатия второй пружины (132), при этом подвижный элемент (32) содержит мембрану/поршень (142), прикрепленный к втулке (9), соосной штоку (137) и имеющей возможность скольжения по нему, причем указанная скользящая втулка (9) имеет кольцевое расширение (1353), образующее вторую поверхность сжатия второй пружины (132), и/или основание цилиндра (21) образует первую поверхность сжатия второй пружины (132), при этом подвижный элемент (32) содержит мембрану/поршень (142), прикрепленный к втулке (9), соосной штоку (137) и имеющей возможность скольжения по нему, причем скользящая втулка (9) имеет кольцевое расширение (1353), образующее вторую поверхность сжатия второй пружины (132); при этом расположение кольцевого расширения (1353) и мембраны/поршня (142) относительно друг друга является регулируемым для получения требуемой предварительной нагрузки второй пружины (132).

6. Транспортное средство, содержащее двигатель (4) внутреннего сгорания с блоком турбонаддува (14, 2) и системой защиты блока турбонаддува (14, 2) по п. 1.

7. Способ защиты блока турбонаддува (14, 2) с помощью системы защиты блока турбонаддува (14, 2) по п. 1, содержащий этап перепуска по меньшей мере части выхлопных газов в обход турбины (14) блока турбонаддува (14, 2), когда давление смазочного масла ниже первого заданного значения.