Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК F02B37/00 

(3) УСТРОЙСТВО для НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для газотурбинного наддува. Известны устройства для наддува двигc тeля внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один турбо компрессор, установленный в газовоздушном тракте и сообщенный с кол лектором выпуска отработавших газов двигателя при помощи газоприемного патрубка и с воздушным ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в ней тарельчатый клапан, снабженный приводом от датм ка давления, установленного в газов душном TpatcTeCOПерепуск отработавших газов позв ляет настроить турбокомпрессорную группу на оптимальное воздухоснабжение на нерасчетных режимах, что особенно важно для транспортных диз лей, работающих в большом диапазоне нагрузок. Однако для тепловых дизелей характерна частая смена режимов работы и длительная работа на холостом ходу. В этих условиях на всех элементах выпускной системы двигателя, особенно двухтактного, происходит отложение нагара, сечение элементов уменьшается и изменяются точки совместной работы турбокомпрессора с двигателем. Кроме того, в процессе эксплуатации по мере увеличения пробега тепловоза падает расход воздуха и растет температура отработавших газов. При этом давление наддува может уменьшиться не столь существенно. Если в качестве импульса на перепуск сохранить давление наддува или давление отработавших газов, то возможно чрезг-tepHoe снижение расхода воздуха, сопрово)хдаю1дееся ухудшением аоздухо3j8снабжения дизеля и повышением теплонапряженности его узлов. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности двигателя. Для достижения поставленной цели устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температ.уры, размещенного в газоприемном патрубке, и передачи между управляющим органом датчика и приводом клапана. Привод клапана может быть выполнен в виде подвижной стенки, нагруженной давлением в газовоздушном тра те и уравновешенной усилием спиральной пружины с регулируемой затяжкой, а датчик температуры в этом случае подсоединен к механизму изменения затяжки пружины. При этом клапан быть выполнен тарельчатым, и подвижная стенка привода выполнена заодно с тарелкой клапана. Спиральная пружина может быть установлена с нагружением подвижной стенки усилием раскручивания спирали и механизм изменения затяжки выполнен в виде по.воротной опоры с при крепленным к ней концом спирали, образующей пружину. Спиральная пружина может быть так же установлена с нагружением подвижной стенки усилием сжатия, и механизм изменения затяжки выполнен в виде подвижной опоры, установленной в качестве одной из стенок полости , сообщенной с воздухонапорным патрубком при помощи канала, снабженного органом перекрытия, и датчик температуры связан с последним. Кроме того, привод клапана может быть снабжен сервомеханизмом с подключением к последнему датчику температуры. При этом газоприемный патрубок может быть выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, а датчик темпе ратуры выполнен в виде неохяаждаемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждаемому участку патрубка и связанного вторым концом с установленной на том же участке перемещаемой деталью, соединенной с приводом клапана. Датчик температуры может быть вь)полнен также в виде биметаллической пластины. На фиг. 1 показано устройство, разрез по газоприемному патрубку. на фиг. 2 - вариант выполнения привода клапана; на фиг. 3 - вариант с нагружением привода клапана давлением воздуха- на фиг. - выполнение привода клапана с сервоприводом; на фиг. 5 - принципиальная схема подключения турбокомпрессора к двигателю. Турбокомпрессор 1 установлен в газовоздушном тракте, снабженным коллектором выпуска отработавших газов 2, воздушным ресивером 3 двигателя внутреннего сгорания 4, и сообщен с выхлопным коллектором при помощи газоприемного патрубка 5, а с воздушным ресивером при помощи воздушнонапорного патрубка 6. Газоприемный патрубок (фиг.1) охлаждаемый с двойными стенками, между которыми циркулирует теплоноситель. Магистраль 7 для перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора соединяет между собой газоприемный 5 и выходной 8 патрубки и снабжена перекрывающим ее клапаном 9. Привод клапана (фиг.1) выполнен а виде тарелки 10, нагруженной давлением отработавших газов в газоприемном патрубке и уравновешенной давлением спиральной пружины 11. Тарелка клапана в этом случае выполняет роль подвижной стенки привода и служит указателем давления, используемым для ее привода. Эта стенка может быть выполнена отдельно от тарелки клапана и может быть нагружена давлением воздуха в воздухонапорном патрубке (фиГоЗ). Спиральная пружина 11 выполнена с регулируемой затяжкой и установлена с нагружением подвижной стенки (тарелки клапана) усилием раскручивания спирали (фиг.1 и 2). Для этого один ее конец прикреплен (помещен в паз) к стержню 12, а второй Охватывает петлей рычаг 13 клапана. Пружина установлена с предварительной закруткой и своим усилием нажимает на рычаг, прижимая через не-: го тарелку клапана к седлу. Стержень 12 служит опорой пружины и выполнен поворотным. На нем установлена шестерня 1, входящая в зацепление с шестерней 15, а последняя рас- положена на общей оси с рычагом 16, связанного с одним концом датчика температуры, выполненного в виде неохлаждаемого стержня 17 и прикрепленного другим концом к неохлаждаемому участку газо приемного патрубка. Шестерни 14, 15 и рычаг 16 образуют механизм изменения затяжки, причем рычаг 16 служи перемещающейся деталью, связанной с датчиком температуры.Шестерни с рыча гами представляют собой передачу меж ду управляющим органом датчика и при водом клапана. При этом датчик выпол нен заодно с управляющим органом. Спиральная пружина (фиг.З) устано лена с нагружением подвижной стенки усилием сжатия через промежуточную стенку 18, которая служит подвижной опорой пружины и ограничивает полость 19, сообщенную с воздухонапорным патрубком 6 при помощи канала 20 Промежуточная стенка 18 с одной стороны нагружена давлением воздуха в газовоздушном тракте (через канал 20), ас другой стороны уравновешена усилием спиральной пружины 11, т.е. служит приводом клапана. Пружина установлена с возможностью изменения ее высоты. Для этого к подвижной стенке примыкает дополнительная полость 21, сообщенная с воздухонапорным патрубком при помощи канала 20 и при помощи обводного канала 22 с органом его перекры тия 23. Последний выполнен в виде поворотной заслонки, ось 24 которой связана с датчиком 25 температуры, в виде биметаллической пластины (фиг.З). В этом случае привод выполнен пне матическим, а управляющий орган датчика выполнен в виде органа перекрытия (заслонки) 23. Привод клапана (фиг.4) снабжен сервомеханизмом 2б, выполненным в ви де поршневого сервомотора 27 подключенного к источнику 28 давления и магистрали 29 слива жидкости через золотник 30. Шток 31 последнего связан подвижной диафрагмой 32, которая нагружена с одной стороны давлен ем наддува воздуха, поступающего по каналу 20, а с другой - уравновешена пружиной 33. Шток золотника дополнительно связан с второй под вижной диафрагмой 3, которая также нагружена давлением наддува и усилием дополнительной пружины 35. О нако в канале 36, сообщающими полость 37 с каналом 20, ограниченную мембраной, установлен запорный ор6ган (клапан) 38, связанный с датчиком 25 температуры. Датчик и передача между его управляющим органом могут быть любой конструкции, однако во всех случаях они выполняют функции обратной связи. В частности, все описанные варианты обеспечивают коррекцию момента открытия магистрали перепуска в зависимости от значения температуры отработавших газов перед турбокомпрессором. В процессе работы двигателя отработавшие газы поступают через коллектор 2 в газоприемный патрубок 5 турбокомпрессора и расширяясь на лопатках турбины отдают свою энергию, которая преобразуется в колесе компрессора в энергию сжатого воздуха. Сжатый воздух через воздухонапорный патрубок поступает в ресивер 3 для наддува двигателя и по пути может быть охлажден в воздухоохладителе 33 о По мере увеличения нагрузки на двигатель давление отработавших тазов в газоприемном корпусе и давление наддувочного воздуха в воздухонапорном патрубке растет. Соответственно увеличивается сила давления, действующая на подвих ную стенку, которая либо выполнена заодно с тарелкой 10 клапана, подверженного давлению газов -в газоприемном патрубке турбокомпрессора (фиг.1), либо на промежуточную стенку 18, нагруженную давлением воздуха в воздухонапорном патрубке (фиг 3), либо на диафрагму 32 (фиг.4). Когда сила давления превысит усилие уравновешивающей пружины клапан 9 откроется, и магистраль 7 сообщит между собой газоприемный 5 и выхлопной 8 патрубки, обеспечивая перепуск отработавших газов мимо турбокомпрессора. Перепускаемые газй не совершают работу, что снижает давление наддува по сравнению с тем значением, которое развивал бы нерегулируемый турбокомпрессор. Количество перепускаемых газов зависит от проходного сечения клапана. Порог срабатыв.ания клапана во всех представленных вариантах зависит от затяжки пружины. Поэтому во всех представленных вариантах устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температуры, размещенным в газоприемном патрубке, и передачей меж ду управляющим органом датчика и при водом клапана. Датчик температуры (фиг.1) выполненный в виде неохлаждаемого стержня 17. В процессе повышения температуры стержень удлиняется относительно охлаждаемого участка патрубка и поворачивает рычаг 16, который уста новлен на общей оси с шестерней IS При этом одновременно поворачивается шестерня 14, выполненная заодно с поворотной опорой, к которой прикреплен конец спирали, образующей пружину 11. По мере удлинения стерж ня степень закрутки пружины возрастает, и порог срабатывания клапана увеличивается, а проходное сечение i уменьшается. Порог срабатывания и закон открытия можно регулировать (ДЛИНОЙ рычага 16 и передаточным отношением шестерен. Механизм изменения затяжки варьированием высоты пру жины. Там же показан вариант выполнения датчика температуры в виде биметаллической пластины приведены на фиг.З. По мере повышения темпе ратуры пластина 25 прогибается и после достих{ения заданной величины деформации, например, после того, как будет преодолено усилие уравновешивающей пружины (не показана), повернет кинематически связанную с ней ось Zk и соответственно заслонку 23. Сжатый наддувочный воздух по обводному каналу 22 поступит в дополнительную полость 21 и уменьшит затяжку пружины. В этом случае момент открытия клапана 9 и проходное сечение после его открытия зави сит от положения заслонки (органа перекрытия) 23. То есть в этом случае возможность перепуска и коли чество перепускаемых газов также зависят и от их температуры. В случае применения сервопривода (фиг,4), открытие клапана 9 произой дет только в том случае, когда сила давления сжатого поддувочнбго возду ха, действующая на диафрагму 32-, превысит усилие затяжки пружины 33 В этом случае шток 31 золотника 30 переместится вверх, рабочая жидкост поступит от источника давления 28 в подпоршневую полость сервомотора 27 и появится возможность слива этой жидкости из надпоршневой полос ти в магистраль слива 29. После падения давления пружийа 33 переместит шток вниз и. клапан 9 закроется. Для изменения степени затяжки пружины 33 предусмотрена дополнительная полость 37, сообщенная с каналом 20 при помощи канала 36, снабженного запорным органом 38, связанного с датчиком температуры. При повышении температуры выше заданного предела запорный орган 38 откроет сечение канала 36, давление действующее на вторую диафрагму 32 вызовет ее перемещение вниз и снизитусилие предварительной затяжки пружины 33. То есть и в этом случае порог срабатывания клапана 9 и степень его открытия зависят от температуры. Применение изобретения позволяет искпючить возможность работы двигателя с высокой тепловой напряженностью и тем самым обеспечивает повышение его эксплуатационной надежности. Формула изобретения 1.Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере один турбокомпрессор, установленный в газовоздушном тракте и сообщенный с коллектором выпуска отработавших газов двигателя при помощи газоприемного патрубка и с воз- . душным.ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в ней тарельчатый клапан, снабженный приводом от датчика давления, установленного в газовоздушном тракте, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности двигателя, устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температуры, размещенного в газоприемном патрубке, и передачи- между управляющим органон датчика и приводом клапана. 2.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что привод клапана выполнен в виде подвижной стенки, нагруженной давлением в газовоздушном тракте и уравновешенной усилием спиральнои пружины с регулируемой затяжкой, а датчиА температуры подсоединен к механизму изменения затяж 1 пружины. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о тличающееся тем, что подвиж ная стенка привода выполнена заоднос тарелкой клапана. 4.Устройство по п.2, отлича ют е е с я тем, что спиральная пру жина установлена с возможностью нагружения подви ; ной стенки усилием раскрутки спирали и механизм изменения затяжки выполнен в виде поворотной опоры с прикрепленным к ней концом спирали, образующей пружину. 5.Устройство по п.2, отлича ющееся тем, что спиральная пру жина установлена с возможностью изме нения ее высоты и механизм изменения затяжки выполнен в виде подвижной стенки полости, сообщенной с воздухонапорным патрубком при помощи канала, снабженного органом перекрытия, соединенным с датчиком температуры.

/5 9

15 8

0as.1 10 6. Устройство по п.1, о ,т л и ч ащ е 3 с я тем, что привод клапана снабжен сервомеханизмом и датчик температуры подключен к сервомеханизму. /. Устройство по пп.1-6, о т л ичаю-щееся тем, что газоприемный патрубок выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, э датчик температуры выполнен в виде неохлаждаемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждающему участку патрубка и связанного вторым концом при помощи перемещаемой детали с приводом клапана. 8. Устройство по пп. 1-6, отличающееся тем, что датчик температуры выполнен в виде биметаллической пластины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К Патент США If 098085, кл. 60-600, 1978.

Я // 18

г-7

tnirt / /

Х2

.J

34

891986 /33

W

y

S8

5 фигМ

9

ti

«