Двигатель внутреннего сгорания с наддувом Советский патент 1989 года по МПК F02B37/00 F02D23/00 

2D.

Lii

сл

00

сд сд

со

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестрое- нию, и может быть использовано в дви гателях внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом.

Целью изобретения является повьше- ние эффективных показателей на частичных и переходных режимах двигателя, а Также повышение топливной экономичности и уменьшение дымности отработавших газов путем улучшения динамических качеств двигателя при ускорении коленчатого вала.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - клапан в газовыпускном канале; на фиг. 3 - блок-схема электронного включателя муфты; на фиг. 4 - функциональная схема блока логики Электронного вклю- чателя.

Двигатель содержит турбокомпрессор 1, приводной нагнетатель 2, за- датчик 3 режима работы, электронный включатель 4 муфты 5, газовыпускной , канал 6, обвоДйой воздушный трубопровод 7, перепускной воздушный трубопровод 8 и органы 9 - 11 их перекры- тия. Турбокомпрессор 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 - к выпускному коллектору 16 и сообщен через воздухоочиститель 17 во впускном канале 18 и газовыпускное отверстие 19 с атмосферой. Приводной нагнетатель 2 кинематически связан через |муфту 5 с коленчатым валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздз хо- напорный канал 21 к впускному ресиверу 13. Электронный включатель 4 5 снабжен связанными между со- Оой при помощи электрической цепи усилителем 22, формирователем 23 импульсов и блоком 24 питания, из которых формирователь 23 импульсов подключен к магнитоэлектрическому датчику 25 частоты вращения вала 20.двигателя 14, а усилитель 22 - к муфте 5

привода нагнетателя 2, I

Впускной канал 18 турбокомпрессора 1 выполнен с заслонкой 26, а электронный включатель 4 муфты 5 выполнен с блоком 27 логики. Газовы- пускной канал 6 подсоединен к газо- приемному отверстию 15 турбокомпрессора 1 и сообщен с атмосферой. Орган 9 перекрытия газовыпускного канала 6 подключен к задатчику 3 режима

работы. Обводной воздушный трубопровод 7 подсоединен к впускному отверстию приводного нагнетателя 2 и

к воздухоочистителю 17. Перепускной воздушный трубопровод 8 подключен к впускному каналу 18 и к воздухонапор- ному патрубку 12 турбокомпрессора 1. Блок 27 логики электронного включаO теля 4 установлен в электрической цепи между формирователем 23 импульсов и усилителем 22.

Блок 27 логики содержит двоичный счетчик 28, блок 29 памяти, сумма5 тор 30, компараторы 31 - 33, триггер 34, логические схемы И 35 - 37, логические схемы И-НЕ 38 и 39, генератор 40, формирователь 41 сигнала Запись, формирователь 42 сигнала Срав0 нение, формирователь 43 сигнала

Сброс , двоичный код 44, соответствующий минимальной частоте вращения вала 20, двичный код 45, соответствующий максимальной частоте вращения

5 вала 20, двоичный код 46, соответствующий минимальному значению приращения частоты вращения вала 20, при котором имеет место режим разгона. Двигатель работает следующим об- ,

Q разом.

Наддув двигателя 14 с помощью приводного нагнетателя 2 осуществляется в диапазоне от малой частоты вра-

5

0

5

0

5

щения (например, 600 мин ) до средней частоты вращения , (например, 1600 мин ) коленчаюх о вала 20 и при его ускорении, превышающем заданную пороговую величину (примерно, 100 мин ). В результате наддува в цилиндры подается/дополнительное количество воздуха, пропорциональное частоте вращения вала 20 двигателя 14 и, как следствие этого, достигается повышение крутящего момента и динамических качеств двигателя 14, снижение расхода топлива и дамности отработавших газов. Включение приводного нагнетателя 2 происходит как правило не при случайных обстоятельствах (например, при изменении дорожнь1х условий) , а в условиях, когда водитель осуществляет разгон транспортного средства. Указанное обстоятельство исключает цикличность вступления нагнетателя 2 в работу. Наддув двигателя 14 с помощью турбокомпрессора 1 осуществляется при больших нагрузках двигателя 14 (в диапазоне 70 - 100% от полной нагрузки). При снижении на-

5151

грузки -ниже 70% турбокомпрессор 1 отключается. При отключении турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2 воздух в цилиндры двигателя 14 подается из ат мосферы в обход компрессора турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2, при этом при отключении турбокомпрессора 1 полностью отключается подача отработавших газов на его турбину. Указанное обстоятельство обуславливает уменьшение потерь на газообмен. Совместная работа на режимах разгона турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2 позволяет устранить дефицит воздухс- снабжения в период раскрутки турбокомпрессора 1. При последующем быстром выключении нагнетателя 2 возможность скачкообразного изменения мощности исключается, так как при частоте вращения млкc. турбокомпрессор 1 уже успевает приблизиться к расчетному режиму работы и его мощность суественно превышает мощность нагнетателя 2, а следовательно, отключение последнего становится нечувствительным для двигателя 14.

Информация о частоте вращения коенчатого вала двигафеля внутреннего горания считывается при помощи магниоэлектрического датчика 25. ЭДС на бмотке датчика 25 наводится в момент рохождения около него , .стального зуба шестерни, жестко закрепленного на оленчатом валу 20. Сигнал датчика 25 силивается и преобразуется в прямоугольный сигнал с помощью формирователя 23 импульсов. Далее информация о частоте вращения поступает на блок 27 логики. Блок 27 логики электронного включателя 4 вырабатывает сигнал, который, будучи усиленным оконечным усилителем, управляет работой муфты 5. Блок 27 логики устанавливает на выходе сигнал 1 в случае, когда режим работы двигателя 14 соответствует включению муфты 5, т.е. выполняются следующие условия: частота вращения коленчатого вала 20 двигателя 14 находится в пределах, например, 600 - 1600 имеет место увеличение частоты вращения коленчатого вала 20. двигателя 14, при этом ускорение вала 20 превьшает заданную по-г роговую величину (разгон двигателя).

Блок 27 логики за определенный про межуток времени Т, (период иЗ:Мере- ния) определяет количество генерированных датчиком 25 импульсов, что ука

5596

зываёт на количество оборотов коленчатого вала 20 двигателя 14. По окончании периода измерения нроисхо- дит проверка условий для выработки сигнала включения муфты 5. Если эти условия соблюдаются, то на выходе устанавливается уровень 1, а если не соблюдаются - то уровень О. Вырабо0 тайный сигнал остается неизменным до окончания следуклцего периода измерения.

Работой блока управляют сигналы Запись, Сравнение, Сброс. Эти

5 сигналы вырабатываются формирователями 41 - 43. За период измерения tt,,. двоичный счетчик 28 производит подсчет поступающих на его вход импульсов от датчика 25 частоты вращения

0 коленчатого вала 20, Схемой 35 счет импульсов запрещается во время действия управляющих сигналов Запись, Сравнение. Так как длительность каждого из управляющих сигналов доста-

5 точно мала ((5 мкс) по сравнению с периодом измерения, потери счетных импульсов не происходит. В блоке 29 памяти хранится .результат предыдущего подсчета импульсов за Тизм Этот ре0 зультат увеличивается сл-мматором 30 на величину До), которая соответствует минимально1 1у приращению Частоты вращения за период измерения, при котором режим работы двигателя 14 можно считать разгоном. Эта величина представляется двоичным кодом на входе В

сумматора 30 (коммутационное поле Y,. AW). По окончании периода измерения происходит сравнение компаратором 33 JQ количества импульсов, поступивших за текущий период (вход А), и количества импульсов за предыдущий период плюс величина A JiJ (вход В). Если величина i на входе А превьшает величину на вхо- 45 де В,, то с выхода компаратора 33 поступает сигнал о наличии режима разгона на элемент 38. Контроль за нахождением частоты вращения коленчатого вала 20 двигателя 14 в днапазо- 50 не OTU;, (600 об./мин) (1600 об./мин) ос тцествляется компа- раторами 31 и 32. На входах А этих компараторов з станавливается двоич- -ный код, соответств тощий (К1) и ее W.,, (К2). В конце периода измереJJ МАКС

ния производится сравнение двоичного кода на выходе счетчика 28 (что является эквивалентом измеренной частоты вращения), установленного на входах

35

7/1

В, и кодов - измеренной частоте вращения выше яим выходе компаратора 31 устанавливается уровень 1. При измеренной частоте вращения нижел/. на выходе компаратора 32 устанавливается уровень логической 1. Сигналы с компараторов 31 - 33 поступают на схему И-НЕ 38, выполняющую функции объединения сигналов и выработки результир тощего сигнала. Если указанные сигналы явля

ются 1 i то это означает выполнение условий для включения муфты 5, Если же хоть один из сигналов равен О, то это указывает наеневыполнение ус ловий для включения муфты 5. Указанные сигналы компараторов 31 - 33 рассматриваются во время действия управляющего сигнала Сравнение. Этот сигнал разрешает запись результата анализа режима работы двигателя (выход схемы 38) в триггер 34, который и хранит результат до конца следующего периода измерения

При поступлении на муфту 5 сигнала о включении она соединяет шкив привода нагнетателя 2 с коленчатым валом 20 двигателя 14. Под действием возникающего разрежения на входе в нагнетатель 2 орган 10 перекрытия поднимается, и воздух из атмосферы через воздухоочиститель 17 по обводному трубопроводу 7 поступает к работающему нагнетателю 2 и далее по воз- духонапорному каналу 21 во впускной ресивер 13 двигателя 14. При этом орган 11 перекрытия и заслонка 26 под действием собственного веса опускаются, перекрывая подачу воздуха по перепускному трубопроводу 8 и впускному каналу 18. При достилсении двигате. лем 14 средней частоты коленчатого вала 20 или при выходе его на установившийся режим, или при замедлении

20

25

поступают в турбину турбокомпрессора 1, которая приводит во вращение компрессор. Воздух через открывшуюся заслонку 26 по каналу 18 поступает в компрессор турбокомпрессора 1 и далее через воздухонапорный патрубок 17 во впускной ресивер 13 двигателя 14. Органы 10 и 11 перекрытия под действием собственного веса и разницы давления в трубопроводах 7 и 8 до и после органов 10 и 11 опускаются.

Турбокомпрессор 1 на частичных на-

15 грузках отключается при соответствую- . щем положении задатчика 3 режима двигателя 14. При этом ось органа 9 перекрытия под действием пневматического механизма поворачивается на 90, а орган 9 перекрывает подачу отработавших газов к газоприемному отверс- тию 15 турбокомпрессора 1 и открывает выход отработавших газов по газовы- пускному каналу 6 в атмосферу. Наличие пневматического механизма и выполнение органа 9 перекрытия в виде двух заслонок на одной оси (фиг.2) позволяет осуществить плавное включение и отключение турбокомпрессора 1

30 с постепенным прекращением подвода газов в его турбину, что з страняет возможность возникновения рывков при движении транспортного средства. Полное отключение подачи отработавших

25 газов на турбокомпрессор 1 обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление системы выпуска и снижение потерь на газообмен. Размещение органа 9 перекрытия не вызывает

40 загромождения проточной части газовой магистрали, что также способствует уменьшению сопротивления на выпуске. При отключении наддува двигателя орган 10 перекрытия и заслонка 26 при-, „ - . .45 крываются, а орган 11 перекрытия под вала 20 электронньм включатель 4 муф- « действием разрежения в воздухонапор- ты 5 отключает привод нагнетателя 2,

ном патрубке 12 открывается. Воздух в двигатель при отключенном наддуве поступает из воздухоочистителя 17 по впускному каналу 18 и далее через трубопровод 8 к впускному ресиверу 13 двигателя 14. Таким образом, при отключении турбокомпрессора 1 и на- гнета еля 2 обеспечивается поступлеорган 10 перекрытия под действие ; собственного веса опускается, перекрывая обводной трубопровод 7. На режимах, близких к. полной нагрузке, благодаря связи задатчика 3 режима раЪоты двигателя 14 с органом 9 перекрытия, последний устанавливается

8

поступают в турбину турбокомпрессора 1, которая приводит во вращение компрессор. Воздух через открывшуюся заслонку 26 по каналу 18 поступает в компрессор турбокомпрессора 1 и далее через воздухонапорный патрубок 17 во впускной ресивер 13 двигателя 14. Органы 10 и 11 перекрытия под действием собственного веса и разницы давления в трубопроводах 7 и 8 до и после органов 10 и 11 опускаются.

Турбокомпрессор 1 на частичных на-

грузках отключается при соответствую- щем положении задатчика 3 режима двигателя 14. При этом ось органа 9 перекрытия под действием пневматического механизма поворачивается на 90, а орган 9 перекрывает подачу отработавших газов к газоприемному отверс- тию 15 турбокомпрессора 1 и открывает выход отработавших газов по газовы- пускному каналу 6 в атмосферу. Наличие пневматического механизма и выполнение органа 9 перекрытия в виде двух заслонок на одной оси (фиг.2) позволяет осуществить плавное включение и отключение турбокомпрессора 1

с постепенным прекращением подвода газов в его турбину, что з страняет возможность возникновения рывков при движении транспортного средства. Полное отключение подачи отработавших

газов на турбокомпрессор 1 обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление системы выпуска и снижение потерь на газообмен. Размещение органа 9 перекрытия не вызывает

загромождения проточной части газовой магистрали, что также способствует уменьшению сопротивления на выпуске. При отключении наддува двигателя орган 10 перекрытия и заслонка 26 прикрываются, а орган 11 перекрытия под действием разрежения в воздухонапор-

ном патрубке 12 открывается. Воздух в двигатель при отключенном наддуве поступает из воздухоочистителя 17 по впускному каналу 18 и далее через трубопровод 8 к впускному ресиверу 13 двигателя 14. Таким образом, при отключении турбокомпрессора 1 и на- гнета еля 2 обеспечивается поступле

Изобретение позволяет повысить эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания на частичных и переходных режимах работы. Двигатель содержит турбокомпрессор (ТК) 1, приводной нагнетатель (Н) 2, задатчик 3 режима работы и электронный выключатель муфты 5. ТК 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 к выпускному коллектору 16. Н 2 кинематически связан через муфту 5 с валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал 21 к впускному ресиверу 13. Наддув двигателя 14 с помощью ТК 1 осуществляется при больших нагрузках двигателя (в диапазоне 70-100% полной нагрузки). При снижении нагрузки ниже 70% ТК 1 отключается. Совместная работа на режимах разгона ТК 1 и Н 2 позволяет устранить дефицит воздухоснабжения в период раскрутки ТК 1. 4 ил.

в положение, при котором газовыиуск- ние воздуха в двигатель 14 без обяной канал 6 перекрыт. Отработавшие газы из цилиндров двигателя 14, пройдя через его выпускной коллектор 16 и через газоприемное отверстие 15,

зательного просасывания его через отключенный турбокомпрессор 1 и нагнетатель 2, т.е. при минимальном сопротивлении на впуске. При этом

зательного просасывания его через отключенный турбокомпрессор 1 и нагнетатель 2, т.е. при минимальном сопротивлении на впуске. При этом

у1

располйжение органа 10 перекрытия заслонки 26 перед турбокомпрессором 1 и нагнетателем 2 в трубопроводе 7 и в канале 18 и, как следствие :этого, наличие аккумулирующих полостей в.зонах трубопроводов, прилегающих к турбокомпрессору 1 и нагнетателю 2, способствует повышению равномерности наполнения цилиндров воздухом. Наконец, имеется такая возможность путем экспериментального подбора объемов упомянутых аккумулирующих полостей и полостей корпусов, в которых размещены органы 10 и 11 перекрытия и заслонка 26, дополнительно повысить наполнение цилиндров за счет организации их динамического наддува. Повышению наполнения способствует также принятое выполнение участков сопряжений трубопроводов 7 и 8, впускного канала 18, воздухонапорно- го патрубка 12 и воздухонапорного канала 21.

Конструктивное выполнение органов 10 и 11 и заслонки свободно качающимися на оси позволяют реализовать предлагаемое устройство управления комбинированным наддувом с наибольшей эффективностью без наличия до- полнительньтх следящих и приводных элементов, а значит, с наибольшей надежностью и наименьшей материалоемкостью. Таким образом, предлагаемое устройство двигателя внутреннего сгорания обеспечивает четкое, рациональное функционирование турбокомпрессора и нагнетателя с механическим приводом на режимах их наиболее эф- .фективной работы. Достигаемое повы- шёние наполнения цилиндров двигателя, уменьшение аэродинамического сопротивления на впуске и выпуске, а также потерь энергии на привод нагнетателя обеспечивают улучшение динамических качеств двигателя при ускорении коленчатого вала, уменьшение дымности отработавших газов, повьш1е- ние топливной экономичности двигателя и транспортного средства в целом в широком диапазоне рабочих режимов.

1855910

Формула изобретения

0

5

Двигатель внутреннего сгорания с Наддувом, содержащий турбокомпрес- сор, подсоединенный через воздухо- напорный патрубок к впускному ресиверу двигателя и через газоприемное отверстие - к выпускному коллектору и сообщенный через воздухоочиститель во впускном канапе и газовыпускное отверстие с атмосферой, приводной нагнетатель, кинематически связанный через муфту с коленчатым валом двигателя и подсоединенный через воздухонапорный канал к впускному ресиверу, задатчик режима работы двигателя и электронный включатель муфты, снабженный связанными между собой при помощи электрической цепи и усилителей формирователем импульсов и блоком питания, из которых формирователь импульсов подключен к датчику частоты вращения вала двигателя, а усилитель - к муфте привода нагнетателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективных показателей на частичных и переходных режимах, двигатель дополнительно снабжен газрвыпускным каналом, об- водньм и перепускным воздушными трубопроводами и органами их перекрытия, впускной канал.турбокомпрессора выполнен с заслонкой, электронный включатель муфты выполнен с блоком логики, причем газовыпускной канал подсоединен к газоприемному отверстию турбокомпрессора и сообщен с атмосферой, орган перекрытия газовыпускного канала подключен к задатчику режима рабо0

5

0

5

0

5

0

ты, обводной воздушный трубопровод подсоединен к впускному отверстию приводного нагнетателя и к воздухоочистителю, перепускной возд тиный . трубопровод подключен к впускному каналу и к воэдухонапорному патрубку турбокомпрессора, а блок логики элект-, ронного включателя установлен в электрической цепи электронного включателя, между формирователем импульсов и усилителем.

Составитель В.Козлов Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 6585/40

Тираж 482

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное