Двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом Советский патент 1985 года по МПК F02D23/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроениЕЬ, в частности к устройствам регулирования агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащие радиальную турбину, снабженную регулируемым сопловым аппаратом, установленным перед рабочим колесом, центробежный компрессор с регулируемым лопаточным диффузором, установленным в корпусе турбокомпрессора на выходе из рабочего колеса компрессора, и сервопривод управления лопатками, снабженный золотником и рабочим поршнем со штоком 1.

Однако в таких двигателях применение поворотных лопаток в турбокомпрессоре приводит к усложнению конструкции двигателя и снижению его надежности, а также к снижению КПД агрегатов наддува и двигателя в целом из-за наличия зазора между поворотными лопатками и корпусом турбокомпрессора. В таких двигателях регулирование турбокомпрессора осуществляется во всем скоростном диапазоне работы, что также значительно усложняет систему регулирования и снижает надежность и с течением времени эффективность двигателя. В то же время известно, что можно применять ступенчатое регулирование агрегатов наддува при частоте вращения 60-70% от номинальной, не снижая в целом эффективность двигателя.

Целью изобретения является улучшение скоростной характеристики при работе двигателя по внешней характеристике и частоте вращения менее 60-70% от номинальной.

Поставленная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащем радиальную турбину, снабженную регулируемым сопловым аппаратом, установленным перед рабочим колесом, центробежный компрессор с регулируемым лопаточным диффузором, установленным в корпусе турбокомпрессора на выходе из рабочего колеса компрессора, и сервопривод управления лопатками, снабженный золотником и рабочим поршнем со штоком, регулируемый сопловой аппарат и лопаточный диффузор выполнены в виде диска с двумя рядами лопаток, расположенных с двух сторон диска, причем ряды лопаток размещены поочередно в соответствующих выемках корпуса, площадь проходного сечения одного ряда лопаток выполнена мень ше площади проходного сечения другого ряда лопаток на 30-40%, а сервопривод рассюложен в корпусе турбокомпрессора между сопловым аппаратом и лопаточным диффузором, шток сервопривода подключен одновременно к сопловому аппарату и к лопаточному диффузору.

На фиг. 1 представлена схема турбокомпрессора двигателя; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на фиг. 1; на фиг. 5 - вид Г на фиг. 1.

Предлагаемый двигатель (не показан) содержит радиальную турбину 1 с регулн0 руемым сопловым аппаратом 2, центробежный компрессор 3 с регулируемым лопаточным диффузором 4 и сервопривод 5 управления лопатками 6-9. Сервопривод 5 снабжен золотником 10 и рабочим поршнем 11 со штоком 12. Сопловой аппарат 2 установлен по потоку газа перед рабочим колесом

13турбины 1, а лопаточный диффузор 4 компрессора установлен в корпусе 14 турбокомпрессора 15 на выходе из рабочего колеса 16. Регулируемый сопловой аппарат

0 2 и лопаточный диффузор 4 выполнен в виде диска 17 и 18 с двумя рядами лопаток соответственно 8, 9 и 6, 7. Ряды лопаток расположены с двух сторон диска 17 и 18 и размещены поочередно в соответствующих

5 выемках 19-22 корпуса 14. Площадь проходного сечения одного ряда лопаток 7 и 9 выполнена меньше площади проходного сечения другого ряда лопаток 6 и 8 на 30- 40%. Сервопривод 5 расположен в корпусе

14турбокомпрессора 15 между сопловым 0 аппаратом 2 и лопаточным диффузором 4,

а шток 12 сервопривода 5 подключен одновременно к сопловому аппарату 2 и к лопаточному диффузору 4.

Двигатель работает следующим обра5 зом.

Отработавшие газы проходят через сопловой аппарат 2, поступают на рабочее колесо 13 турбины 1, раскручивают ее и колесо 16 центробежного компрессора 3, который подает свежий воздух через лопаточный диффузор 4 в двигатель внутреннего сгорания. На режимах, когда перемещение рейки топливного насоса не превосходит 70-90%, в турбокомпрессоре 15 рабочими являются лопатки 6 диффузора

4 первого ряда и сопловые лопатки 8 также первого ряда. Порщень 11 сервопривода 5 сдвинут влево давлением масла Pj, , поступающего из системы автоматического регулирования турбокомпрессора 15 через

0 золотник 10. В том случае, когда режим двигателя близок к режиму работы по внешней характеристике и рейка топливного насоса перемещается более чем на 70-90% своего хода, а частота вращения вала двигателя снизится до 60-70% от номинальной, масло с дав.яение.м Р| подается в соответствующую полость рабочего поршня 11, сдвигая его вправо и переставляя лиски 17 и 18 с лопатками из выемок 19 и 21 в

выемки 20 и 22 корпуса 14. В этот момент рабочими становятся лопатки 7 и 9 второго ряда. В результате этого давление перед турбиной 1 возрастает, увеличивается его частота вращения (примерно до номинальной), до такого же значения увеличивается и давление наддува, а уменьшенный угол лопаток 7 диффузора 4 уменьшает опасность попадания компрессора в помпаж.

Таким образом, при пониженной-до 60- 70°/о частоте вращения двигателя можно сохранить давление наддува, близкое к номинальному, что дает возможность повысить крутящий момент и улучшить скоростную характеристику двигателя.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ, содержаш,ий радиальную турбину, снабженную регулируемым сопловым аппаратом, установленным перед . рабочим колесом, центробежный компрессор с регулируемым лопаточным диффузором, установленным в корпусе турбокомпрессора на выходе из 7 рабочего колеса компрессора, и сервопривод управления лопатками, снабженный золотником и рабочим поршнем со штоком, отличающийся тем, что, с целью улучшения скоростной характеристики двигателя, регулируемый сопловой аппарат и лопаточный диффузор выполнены в виде диска с двумя рядами лопаток, расположенных с двух сторон диска, причем ряды лопаток ра.змешены поочередно в соответствуюших выемках корпуса, площадь проходного сечения одного ряда лопаток выполнена меньше плошади проходного сечения другого ряда лопаток на 30-40%, а сервопривод расположен в корпусе турбокомпрессора между сопловым аппаратом и i лопаточным диффузором шток сервопривода подключен одновременно к сопловому СО аппарату и к лопаточно.му диффузору. 1 ю оэ 4;; 1 сд 12 11 12 00 / 13 15 (Puz.1

Фиг. 2

Вид А

Виде

Фиг.З

(puz.

Риг.5