Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК F02B37/00 

42 Изобретение относится к устройст вам для наддува двигателя внутреннего сгорания, работающего в высоко горных условиях, особенно для надду ва двигателей грузовых автомобилей, компенсирующего уменьшение плотност воздуха на высоте и, в первую очередь, при работе с низкой частотой вращения. Изветсен двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессо подключенный к рабочим цилиндрам че рез напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпусjKH избыточного воздуха, снабженный запорным органом и приводом от подвижного элемента, установленного в корпусе, нагруженного давлением над дува и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемьм порогом срабатывания f1J. В известном двигателе привод и запорный элемент клапана выполнены заодно что затрудняет его регулиро ку и обеспечение увеличения крутящего момента двигателя на режимах с пониженной частотой вращения. Целью изобретения является обеспечение увеличения крутящего момент двигателя на режимах работы с пониженной частотой вращения при регули ровке порога срабатывания клапана н давление наддува на максимальной рабрчей высоте над уровнем моря. Для достижения поставленной цели в двигателе внутреннего сгорания, содержащем турбокомпрессор, подключенный к рабочим цилиндрам через напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпуска избыточного воздуха, снабженный запорным органом и приводом от подвиж ного элемента, установленного в кор пусе нагруженного давлением и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемым порогом сраба тывания, подвижный элемент привода клапана выполнен в виде стержня и с занных с ним подвижных стенок, одна из которых разделяет корпус на отсек, сообщенный с атмосферой, и отсек, сообщенный с напорным воздухопроводом, а другая размещена в последнем о.тсеке, и ее торцовые повер ности выполнены разной площади, при чем поверхность с увеличенной площадью обращена к запорному органу. Подвижная опора пружины.может быть снабжена сильфоном. 64 .2 На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого двигателя, ди- i зельный вариант; на фиг. 2 - то же, для двигателя с искровым зажиганием на фиг. 3 - клапан для дизеля с турбонаддувом, разрез, на фиг. 4 - клапан для двигателя с искровым зажиганием и турбонаддувом, разрез. Двигатель 1 внутреннего сгорания снабжен впускными патрубками 2 цилиндров I-VI, которые подключены к нагнетательной магистрали 3 турбокомпрессора через напорный воздухопровод 4. Между нагнетательной магистралью 3 и компрессором 5 турбокомпрессора размещен переходной патрубок 6. Выпускные патрубки 7 цилиндров T-VI по три подсоединены к соответствующим выхлопным трубам 8, .которые соединены с турбиной 9 турбокомпрессора через патрубки 10. Турбина 9 и компрессор 5 расположены на общем .валу и образуют общий узел турбокомпрессор 11, снабженный всасывающим патрубком 12 и выхлопным патрубком 13. В напорном воздухопроводе 4 установлен клапан 14 выпуска избыточного воздуха, который через трубопровод 15 выпуска связан с выхлопнр 1м патрубком турбокомпрессора, а через трубопровод 16 - с напорным воздухопроводом 4. В варианте, представленном на фиг. 2, напорный воздухопровод дополнительно содержит дроссель 17, установленный на входе в общий всасывающий коллектор 18 в. трубе 19, которая соединяет этот коллектор со сборником 20. Кроме дросселея 17 в трубе 19 предусмотрен жиклер 21. Для этого варианта двигателя в клапане предусмотрен сильфон 22. Клапан для дизельного варианта показан на фиг. 3 и содержит нижнюю крышку 23, при помощи которой он соединяется с напорным воздухопроводом, и корпус 24. Крышка выполнена с седлом для запорного органа 25, который отделяет выпускную полость 26 клапана от впускного отверстия в крыщке 23. Для выпуска избыточного воздуха и выпускной полости 26 предусмотрен штуцер 27. Неподвижная стенка 28 отделяет от выпускной полости 26 остальную полость клапана, которая разделена на отсеки. Отсек 29 сообщен с напорным трубопроводом, и в нем размещена подвижная разделительная стенка 30. Эта стенка усI

тановлена во внутреннем отверстии 3 полости без зазора и выполнена со стержнем клапана заодно, причем обр,азующая запорный орган 25 часть стержня и при1« 1каю1цая к противопоположному торцу стенки 30 часть 32 стержня выполнены разного диаметра, в результате чего торцовые Ьоверхности стенки имеют разную площадь и поверхность с увеличенной площадью обращена к западному органу. Часть 32 стержня разиещена в отверстии повижной опоры 33 пружины 34 и зазор между торцом стержня и торцом опоры ограничивает полость 35, сообщенную с атмосферой через полость 23. Положение опоры пружины регулируется установочным винтом 37. 71ля сообщения полостей 35 и 36 с атмосферой предусмотрены отверстия 38 и 39. Пружина ЗА размещена в зазоре АО между стенкой внутреннего отверстия 31 и направляющей частью подвижной опоры 33. Для сообщения отсека 29 с напорным воздухопроводом предусмотрены каналы 41-43.

В варианте клапана по фиг. 4 для двигателя с искровым-зажиганием, подвижная опора 33 пружины снабжена сильфоном 44, который примыкает одной торцовой поверхностью 45 к опоре 33, а другой 46 - к установочному винту 37.

Двигатель работает следующим образом.

Турбокомпрессор 11 рассчитан на расход воздуха, необходимый для работы с эксплуатационной малой частотой вращения на заданной максимальной высоте над уровнем моря (Н 5000 м). Эта малая частота может составлять 1200-1400 1/мин. для дизеля с номинальной частотой 22002400 1/мин. Под необходимым расходом понимается количество воздуха, которое должно обеспечить достижение максимально допустимого давления сгорания или среднего эффективного давления.

Если частота вращения двигателя увеличивается, происходит увеличение количества воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, и степени сжатия, пр этом давление наддува быстро достигает максимально допустимой величины. После достижения этой величины часть нагнетаемого турбокомпрессором воздуха выпускается через кла090644

пан 14. При эксплуатации на расчетной максимальной рабочей высоте над уровнем моря давление наддува достигает максимально допустимой величи5 ны при самой низкой частоте, и количество выпускаемого воздуха превышает количество воздуха, выпускаемого на минимальной эксплуатационной высоте на уровне моря Н 0.

10 Количество выпускаемого воздуха достигает максимально 20% от количества воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором.

В дизельном двигателе допускаетts ся, чтобы давление наддува превосходило допустимое давление, заданное для работы на уменьшенной рабочей высоте, поскольку, если количест- . во впрыскиваемого топлива в каждом

20 цикле сохраняется постоянным, увеличивается коэффициент избытка воздуха, что в определенных условиях допустимо и может рассматриваться как благоприятный фактор.

Турбонаддув с описываемой схемой

25 может применяться в двигателях с любым числом цилиндров

В примере, приведенном на фиг. 1 и 3, двигатель 1 и турбокомпрессор 11 так согласованы друг с другом,

30 что при полной нагрузке количество воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором 11 на максимальной расчетной высоте (в данном примере м),

,- для самой нижней в эксплуатационном диапазоне частоты соответствует потребности двигателя в свежем воздухе.

8дизеле для грузовых автомобилей, номинальная частота которого соответ Q ствует 2200 и 2400 1/мин, минимальная эксплуатационная частота составляет 1200-1400 1/мин.

В процессе работы выхлопные газы двигателя 1 через выпускные патрубки

« 7 и выхлопные трубы 8 направляются в турбину 9 турбокомпрессора 11 и через выхлопной патрубок 13 выпускаются в атмосферу. Приводимый турбиной

9компрессор 5 всасывает воздух че-jj рез всасывающий патрубок 12, через

воздушный фильтр (не показан), сжатый воздух через нагнетательную магистраль 3 подается в напорный воздухопровод 4 и через патрубки 2 поступает в цилиндры . В отсеке 29 создается давление,равное давлению наддува. В связи с этим запорный орган 25 отрывается от седла и пропускает воздух в выпускную поло.сть S11 26, это происходит в том случае, если результирующая усилий, действующих на разные площади торцовых поверхностей стенки 30 и силы атмосферного давления, действуюп1ей на торцовую поверх ность части 32 стержня, превосходит усилие предварительной затяжки пружины 34. На практике заданное давление поддерживается клапаном с точностью 3-4%, и чтобы достигнуть это-, го, избыточный воздух выпускается в необходимом количестве. Из полости 26 выпускаемый воздух через трубопровод 15 выпускается в выхлопной патрубок 13 турбокомпрессора, создавая разрежение для выпуска отработавших газов. Давление, при котором срабатывает клапан, регулируется винтом 37. Так как в число усилий, действукмцих против усилия пружины, входит сила атмосферного давления на торец, стержня, то порог срабатывания зависит от эксплуатационной высоты. В дизеле допустимо увеличение давления порога срабатывания в связи с допустимостью увеличения коэффициента избытка воздуха. Использование изобретения в двигателях с искровым зажиганием показан на фиг. 2 и 4. Структурная схема шеетицилиндрового рядного двигателя, представленная на фиг. 2-, практически совпадает со схемой двигателя по фИг. 1. Отличие относится к системе воздухоснабжения. Патрубок 6 компрессора 5 в этом случае соединен со всасывающим коллектором 18, ив трубе 19 размещены дроссель 17 и жиклер 21. Клапан 14 в этом случае размещен на сборнике 20, а отсек 29 его внутренней полости сообщен с всасывающим коллектором 18.

Представленный на фиг. 4 клапан этого варианта по всем составляющим элементам совпадает с клапаном, приведенным на фиг. 3. Исключение составляет наличие сильфона 44, одна торцовая поверхность 45 которого сопряжена с подвижной опорой 33 пружины, противоположная поверхность 46 сопряжена с установочным винтом 37. Этот сильфон служит для восприятия атмосферного давления, так как от атмосферного давления зависит ее длина.

В частности, при уменьшении.атмосферного давления длина сильфона увеличивается, т.е. при уменьшении атмосферного давления предваритель:j смеси.

Работа двигателя по варианту, показанному на фиг. 2 и 4, аналогична описанной на фиг. 1 и 3. При

0 этом мощность двигателя регулируется при помощи дросселя 17, а сильфон 44

с замкнутым пространством корректирует -пороговую величину срабатывания в зависимости от атмосферного

5 давления. Благодаря тому можно избежать появления детонации при ра боте двигателя на малой высоте. Сильфон может быть скоординирован со свойствами всасываемого воздуха. Та0кое решение может оказаться целесообразным и для дизеля.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить давление

S наддува двигателя при работе с пониженной частотой при обеспечении его работы на максимальной рабочей высоте над уровнем моря, благодаря чему 4 нал затяжка пружины унелтичивается. . Благодаря этому величина порога срабатывания клапана не зависит от высоты над уровяем моря. Наддувочный турбокомпрессор для этого предела рассчитан на расход, необходимый для расчетной максимальной высоты над уровнем моря (например, Н 50000 м) в самом низком эксплуатационном диапазоне частот вращения. У двигателя грузового автомобиля с объемом цилиндров 6 л и Номинальной частотой 3200 1/мин это соответствует частоте 1800-2000. 1/мин. Потребность двигателя в свежей топливовоздушной смеси может быть равна количеству питающей мотор смеси. При увеличении частоты увеличивается количество нагнетаемого турбокомпрессором воздуха и степень сжатия. После достижения максимальной величины давления часть избыточного воздуха выпускается через клапан 14. При эксплуатации на высоте ниже максимальной расчетной клапан открывается при более низкой частоте. Из этого следует, что при эксплуатации на уровне моря () выпускается больше воздуха, чем при работе на высоте. Количество выпускаемого воздуха может составлять максимум 25%, при этом жиклер или форсунка устанавливаются на участке воздухопровода, заключенном между клапаном 14 и впускными патрубками, что исключает потери топливовоздушной

711090648

увеличивается крутящий момент двига-ч батывания клапана на давление наддутеля на режимах работы с пониженной ва на максимальной рабочей высоте частотой при регулировке порога ера- над уровнем моря.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий турбокомпрессор, подключенный к рабочим цилиндрам через напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпуска избыточного воздуха, снабженньй запорным органом и приводом от подвижного элемента, установленного в корпусе, нагруженного давлением наддува и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемым порогом срабатывания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения увеличения крутящего момента двигателя на режимах работы с пониженной частотой вращения при регулировке порога срабатывания клапана на давление наддува на максимальной рабочей высоте над уровнем моря, подвижный элемент привода клапана выполнен в виде стержня и связанных Сним подвижных стенок, одна из которых разделяет корпус на отсек, сообщенный с атмосферой, и отсек, сообщенный с напорным воздухопроводом, а другая размещена в последнем отсеке, и ее торцовые поверхности выполнены разной площади, причем О) С поверхность с увеличенной площадью обращена к запорному органу. 2. Двигатель по п. 1, отличаю щ и -и с я тем, что подвижная опора пружины снабжена сильфоном.

..

г

О

г

/Т L

20-Г

-jf

38

23

иг.З

Фиг Л