Устройство для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B37/00 F02D23/00 

закрывающую 7 и открывающую 12 камеры. Полость закрывающей камеры с помощью газопровода 8 соединена с выпускным коллектором 9, а полость открывающей камеры с помощью воздушного канала 11 и системы клапанов и дросселей соединена с впускным коллектором 10. Между впускным коллектором и открывающей камерой 12 установлен пневмоцилиндр 13, в корпусе которого выполнены четыре патрубка: подвода воздуха из впускного коллектора и

отвода воздуха к открывающей камере. Внутри пневмоцилиндра 13 установлен поршень 22, который поджимается пружиной 23. Регулирование открь1тия и закрытия перепускного клапана обеспечивается уменьшением времени срабатывания пневморегулятора при изменении условий работы двигателя, что позволяет уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду и повысить технико-экономические показатели двигателя.4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и позволяет улучшить динамические свойства двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах работы. Устройство содержит агрегат 1 наддува, в газовом корпусе которого расположен перепускной клапан 2, связанный штоком с диафрагмой 4, разделяющей регулятор 3 давления на27.1Риг.1:SЁО 00о о>&

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в системах наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для регулирования давления наддува две путем перепуска асти ОГ мимо нагнетателя. Оно состоит из перепускного клапана и регулирующего усройства. Управление перепускным клапаном осуществляется с. помощью регулирующего устройства, состоящего из сильфонного клапана и регулятора давления мембранного типа, fleppajf полость корпуса регулятора сообщается со всасывающим патрубком нагнетателя, в зтой же части корпуса регулятора установлены предварительно сжатая пружина (серводвигатель) и управляющий шток клапана. Вторая полость регулятора через клапан сильфонного типа соединяется с патрубком наддувочного воздуха (НВ) нагнетателя. Сильфонный клапан содержит внутри себя пружину и заполняется газом до строго определенного давления при заданной температуре. Открытие сильфонного клапана и подача давления в регулятор для открытия перепускного клапана зависит от абсолютного давления, развиваемого нагнетателем, с учетом температуры наддувочного воздуха. Для прикрытия перепускного клапана при резком сбросе нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя в мембране имеется жиклер, соединяющий обе полости регулятора давления. Наличие перепускного жиклера в мембране регулятора обеспечивает постепенное снижение давления во второй полости регулятора до величины, имеющей место в первой полости, чем достигается плавное, а не мгновенное закрытие перепускного клапана в процессе перепуска избыточного количества продуктов сгорания мимо нагнетателя.

Устройство просто и надежно в эксплуатации, позволяет производить регулирование давления наддува ДВС на режимах, близких к номинальной мощности, а также

предусматривает кратковременное (частичное) открытие байпйсного клапана для перепуска части ОГ при резком сбросе нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Однако устройство не может осуществлять перепуск отработавших газов в процессе работы силовой установки на режимах холостого хода и малых нагрузках, не обеспечивает частичный перепуск ОГ на переходных режимах / работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), от которых зависят динамические свойства двигателя.

Известно другое устройство, в конструкцию которого входит перепус1сной клапан, установленный в приемном газовом патрубке нагнетателя. Байпасный клапан через систему рычагов механически соединен с диафрагмой регулятора давления (пневморегулятора). Управление пневморегулятором осуществляется с помощью давления наддувочного воздуха, которое передается по каналу, встроенному в систему перед дроссельной заслонкой и после нагнетателя. Воздух под давлением при помощи электромагнитного клапана подается в два параллельных канала, первый из которых сообщается с закрывающей пневмокамёрой, а второй через дросселирующее устройство соединен с открывающей к.чмерой регулятора давления. Камера закрытия с помощью трубопровода и манометрического клапана сообщается с атмосферой, а третий трубопровод питает управляющую камеру манометрического клапана. В корпусе впускного коллектора установлен клапан ограничения максимального давления ИВ с контактом отключения злектроклапана.

Устройство осуществляет регулирование давления наддува две путем перепуска асти ОГ во всем возможном диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала вигателя, включая работу силовой установи на переходных режимах.

Однако комбинированное устройство меет сложную конструктивную схему, в коорую входит большое количество исполниельных механизмов. Работа последних основана на различных принципах действия (электрический и пневматический), требу|бщихдополнительного технического обслуживания и ремонта в процессезкспЛуатации. Следующим недостатком устройства является то, что рабочие камеры пневморегулятора работают только от сжаого воздуха и имеют более низкую (вялую) реакцию срабатывания на переходны х режимах работы двигателя по сравнению с разделенными камерами, работающими от газовоздушной среды.

Цель изобретения - улучшение динамических свойств двигателя на переходных режимах работы.

Указанная цель достигается TeMi что в известном устройстве для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащем клапан перепуска, установленный в газовом корпусе агрегата наддува, подключенного к впускному и выпускному коллекторам, регулятор давления, разделенный при помощи диафрагмы, связанной штоком с клапаном перепуска, на открывающую и закрывающуюкамеры и манометрический и обратный клапаны, причем открывающая камера, регулятор давления, обратный и манометрический клапаны подключены к воздушному каналу, подсоединенному к впускному коллектору, а манометрический клапан выполнен с атмосферной и напорной камерами, р зделенными подпружиненной диафрагмой, согласно изобретению, воздушный канал выполнен с двумя отводами, закрывающая камера регулятора давления сообщена с выпускным коллектором, между регуляторам давления и впускным коллектором установлен пневмоцилиндр, выполненный в виде корпуса и размещенного-в нем прдпружиненного поршня, разделяющего корпус на две камеры, первая из которых подключена .к первому отводу воздушного канала, а вторая снабжена отводным каналом, размещенным открытым концом через зазор относительно подпружиненной диафрагмы в атмосферной камере манометрического клапана, напорная полость которого через обратный клапан подключена к второму отводу воздушного канала, причем в стенке

5 корпуса пневмоцилиндра по ходу поршня выполнены два калиброванных отверстия, сообщенных с воздушным каналом и выполненных с возможностью поочередного перекрытия поршнем.

0 На фиг.1 показано устройство для регулирования наддува в системе с волновым обменником давления (ВОД); на фиг.2 - то же в системе с турбокомпрессором (ТКР); на фиг.З-упрощенная схема-с открытыми кла5 панами; на фиг.4 - то же с закрытыми клапанами.

Устройство для регулирования системы наддува ДВС состоит из агрегата наддува (ВОД, ТКР) 1, в газовом корпусе которого расположен перепускной клапан 2, механически соединенный с регулятором 3 давления. В корпусе регулятора имеется подвижная мембрана (диафрагма) 4, на тарель 5 которой опирается возвратная пружина 6. Диафрагма делит корпус силового пневморегулятора на две рабочие, камеры (полости). Полость закрывающей камеры 7 регулятора 3 перепускного клапана с помощью газопровода 8 соединена с внутренней частью выпускного коллектора 9. Впускной коллектор 10 при помощи воздушного канала 11 и системы клапанов сообщается с открывающей камерой 12 регулятора 3 перепускного клапана.

5 Система клапанов, которая осуществляет подвод сжатого воздуха в открывающую камеру 12 и тем самым регулирует давление наддува на переходных режимах работы и режимах, близких к номинальной мощности

0 двигателя, включает пневмбцилиндр 13. обратный клапан 14, дроссели|эующие устройства 15 и 16 (жиклеры с различным диаметром отверстий), а также управляющую камеру 17 манометрического клапана

5 18.

В корпусе пневмоцилиндра 13 имеются четыре канала 11 для подвода и трубки 1921 для отвода сжатого воздуха. Внутри пневмоцилиндра 13 установлен поршень

0 22, который поджимается пружиной 23. Усилие затяжки пружины 23 соответствует максимальному значению давления наддувочного воздуха, возникающему во впускном коллекторе двигателя на режимах,

5 близких к номинальной мощности.

Корпус манометрического клапана 18 разделен диафрагмой 24 на две камеры. Управ яющая камера 17 через обратный клапан 14 и дросселирующее устройство 16

0 соединена с внутренней частью впускного коллектора 10 и реагирует на малейшее изменение в нем. Другая часть (камера) клапа на 18 сообщается с атмосферой, в корпусе последней закреплена трубка 19, которая

берет начало от дросселирующего устройства 15 и проходит через трубку 21 пневмоцилиндра 13, В неработающем состоянии тарель 25 манометрического клапана отжимается пружиной 26 от торца коллектора 10, между ними образуется гарантированный зазор.

Конструкция обратного клапана 14 представляет собой перегородку с отверстием, в которую устанавливается клапан 14 с пружиной 27. Пружина 27 малой жесткости отжимает обратный клапан 14 от перегородки. Во впускном коллекторе 10 двигателя 28 установлена воздушная заслонка 29, а двигатель 28 выполнен с дополнительнымвпускным трубопроводом 30, на конце которого установлен щелевой клапан 31.

Устройство для регулирования давления в системе наддува ДВС работает следующим образом.

В процессе запуска двигателя 28 (фиг.1) воздушная заслонка 29 закрыта, свежий воздух направляется мимо агрегата 1 наддува по дополнительному впускному трубопроводу 30 на щелевой клапан 31. Воздушный заряд свободно просасывается через лепестки щелевого клапана и попадает во впускной коллектор 10, откуда направляется в цилиндры двигателя 28.

Двигатель 28 с ТКР 1 (фиг.2) не имеет в схеме дополнительный впускной трубопровод 30 и щелевой клапан 31, позтому воздушный заряд просасывается между лопатками ТКР 1, попадает во впускной коллектор 10 и поступает в ДВС.

При пуске двигателя (фиг,1 и 2) пружина 6 регулятора 3 давления постоянно отжимает байпасный клапан 2 от седла перепускного отверстия и позволяет несгоревшей топливовоздушной смеси и продуктам сгорания беспрепятственно выходить в приемную трубу глушителя.

Во время работы ДВС на режимах холостого хода и малых нагрузках в приемном газовом патрубке агрегата 1 наддува отработавшими газами создается избыточное давление, которое передается в закрывающую камеру 7 регулятора давления в виде усилия на шток перепускного клапана. Величина создаваемого ОГ усилия превышает силу сопротивления пружины 6 и позволяет байпасному клапану 2 частично или полностью перекрыть перепускное отверстие. Одновременно с появлением давления в выпускном коллекторе 9 открывается заслонка 29 и воздушный заряд начинает нагнетаться в двигатель ВОД 1 (фиг.1).,

У двигателя с ТКР (фиг.2) воздушная заслонка 29 расположена во впускном коллекторе 10 и открытие ее происходит в процессе пуска две.

При работе силовой установки на режимах, близких к номинальной мощности, когда давление наддувочного воздуха превышает предельно допустимое значение, система регулирования давления наддува позволяет перепускать часть ОГ мимо нагнетателя. Перепуск продуктов сгорания

0 осуществляется с помощью клапана 2, управляемого пневмоцилиндром 13, следующим образом.

Достигнув максимального значения, давление НВ преодолевает усилие пружины

5 23 и перемещает поршень 22. В процессе перемещения поршень своей боковой поверхностью перекрывает калиброванное отверстие трубки 21, сообщающееся с атмосферой, и открывает трубку 20, по которой наддувочный воздух направляется ц открывающую камеру 12 регулятора 3. Перепускной клапан под действием пружины 6 открывается и выпускает часть ОГ мимо нагнетателя, пружина 23 возвращает поршень 22 в прежнее положение. При перемещении поршень закрывает трубку 20 подвода воздуха .и открывает трубку 21, имеющую выход в атмосферу, выпуская сжатый воздух из открывающей камеры 12 регулятора давления. В результате давление над диафрагмой 4 преодолевает усилие пружины б и клапан 2 перепуска ОГ закрывается. Система возвращается в исходное положение.

5 Регулирование давления наддува двигателя при резком изменении режима рабО ты ДВС осуществляется с помощью управляющей камеры 17 манометрического клапана 18. В процессе сброса нагрузки и

0 частоты вращения вала двигателя мпсса воздуха, потребляемая силовой установкой, уменьшается, в результате чего во впускном коллекторе ,10 происходит кратковременное (вплесковое) увеличение давления, которое

5 по каналу 11 передается на обратный .клапан 14 и запирает его. Параллельно с обратным клапаном установлено дроссельное устройство 16, которое сглаживает всплесковое давление и передает сглаженный импульс в камеру 17 над диафрагмой 24, Давление в камере 17 начинает увеличиваться и преодолевает усилие пружины 26, в результате чего закрывается 1у1аномегрический клапан 18 и воздух направляется в

5 закрывающую камеру 7 регулятора 3 давления. Происходит частичное открытие перепускного клапана 2. Давление во впускном коллекторе 10 и канале 11 начинает уменьшаться. Когда давление в канале 11 станет меньше, чем в управляющей камере 17 клапана 18, открывается обратный клапан 14. Давление над диафрагмой 24 уменьшается и пружина 26 открывает манометрический клапан 18, сообщая канал 11 регулятора 3с атмосферой. Перепускной клапан закрывается.

Для повышения динамических показателей двигателя на переходных режимах работы в рабочие камеры силового пневморегулятора в качестве энергоносителя подаются отработавший газ и наддувочный воздух. На любом установившемся режиме работы форсированного наддувом две соблюдается баланс расходов рабочих тел Gr GB (Gr, GB - расходы газа и воздуха). Однако давления наддувочного воздуха Рне и отработавших газов Рг не равны друг другу (Рнв РГ) и могут иметь различные значения

(Pi РНВ,, Рг РНВ).

Незначительные изменения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя выводят на некоторое время установившуюся систему (двигатель- нагнетатель) из состояния равновесия и приводят к изменению давлений НВ и ОГ (± ДРнв и ±ДРг) во впускном и выпускном коллекторах. Использование изменений давлений системы на переходных режимах работы ДВС в качестве управляющего воздействия на пневморегулятор позволяет уменьшить время реакции срабатывания регулятора давления при изменении режима работы транспортной установки.

Характер протекания процессов, происходящих в системе (двигатель - нагнетатель) на переходных режимах работы, по изменению (приращению или уменьшению) давлений во впускном и выпускном коллекторах поясняется схемами, приведенными на фиг.З и 4. На схемах 3 и 4 представлена упрощенная система, состоящая из двигателя 28, агрегата 1 наддуеа, впускного 10 и выпускного 9 коллекторов, закрывающей 7 и открывающей 12 камер пневморегулятора, перепускного клапана 2, системы исполнительных механизмов, регулятора давления с каналом 11 и газопроводами 8. Пунктирной линией на фиг.З и 4 показан регулятор давления (прототип), в рабочие, камеры которого в качестве энергоносителя подается сжатый воздух.

С уменьшением нагрузки и частоты вращения вала силовой установки (фиг.З) двигатель не потребляет весь объем наддувочного воздуха, нагнетаемый во впускной коллектор агрегатом наддува. Рассогласование в совместной работе двигателя и нагнетателя приводит к некоторому приращению давления наддува (+Л Рнв) во впускном и

снижению давления ОГ (- ДРг) в выпускном коллекторах. Изменение давлений наддува и отработавшего газа в коллекторах на переходных режимах работы ДВС незамедлительно передается в рабочие камеры пиевморегулятора. Сравнивая реакцию открытия регулятора давления перепускного клапана, работающего от газовоздушной среды (вариант I) или сжатого воздуха (вариант II), приходим к выводу, что равенство давлений в рабочих камерах регулятора I варианта наступает быстрее на величину (АРнв + АРг).

При увеличении нагрузки и частоты spall 5 щения вала ДВС (фиг.4) силовая установка потребляет несколько больший объем наддувочного воздуха, чем производит (сжимает) нагнетатель, а это приводит к сниженикз давления наддува (-А Рнв) во впускном и

20 приращению давления ОГ (+Д РГ) в выпускГ ном коллекторах.

;,Анализ обоих вариантов регуляторов

показывает, что давление, передаваемое на диафрагму пневморегулятора I варианта,

25 превышает давление в регуляторе И варианта на (ДРг + А РНВ) и соответственно быстрее прижимает байпаскый клапан к седлу перепускного отверстия.

Доказательство, приведенное выше,

30 справедливо не только для элементарных

изменений, но и при резком сбросе или набросе нагрузки и частоты вращения вала

двигателя. При этом перепады давлений

, ДРнв во вспускном и АРг в выпускном коллекторах системы будут составлять значительную величину, равную (АРг + АРнв).

Устройство, способствующее улучшению ди laмичecкиx характеристик двигателя на переходных режимах работы, позволяет

40 уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду за счет улучшения процесса воздухоснабжения на неустановившихся режимах работы ДВС и повысить . технико-экономические показатели силовой

.45 установки во время эксплуатации в народном хозяйстве страны, а также снизить себестоимость изготовления узла (устройства) путем упрощения конструкции. Формулаизобретения

50 Устройство для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее клапан перепуска, установленный в газовом корпусе агрегата наддува, подключенного к впускному и выпускному

55 коллекторам, регулятор давления, разделенный при помощи диафрагмы, связанной штоком с клапаном перепуска, на открыва. ющую и закрывающую камеры, манометрический и обратный клапаны и дроссели.

причем открывающая камера регулятора давления, обратный и манометрический клапаны и дроссели подключены к воздушному каналу, подсоединенному к впускному коллектору, а манометрический клапан выполнен с атмосферной и напорной камерами, разделенными подпружиненной диафрагмой, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических свойств двигателя на переходных режимах работы, воздушный канал выполнен с двумя отводами, закрывающая камера регулятора давления сообщена с выпускным коллектором, между регулятором давления и впускным коллектором установлен пневмоцилиндр, выполненный в виде корпуса и размещенного в нем подпружиненного поршня, разделяющего корпус на две камеры, первая из которых подключена к первому отводу воздушного канала, а вторая снабжейа отводным каналом, размещенным открытым концом через зазор относительно подпружиненной диафрагмы в атмосферной камере манометрического клапана, напорная полость которого через, обратный клапан подключена к второму отводу воздушного канала, причем в стенке корпуса пневмоцилиндра по ходу поршня выполнены два калиброванных отверстия, сообщенных с воздушным каналом и выполненных с возможностью поочередного перекрытия поршнем.

Фиг.2

8

7

// 7

fl -f-лРи.