Система наддува двигателя внутреннего сгорания

(19) (11) 151) 4 1- 02 В 37 0 Р 230 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОР СКОМУ ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54) (57) СИСТЕМА НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержагцая свободный турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок и газоприемное отверстие к цилиндрам двигателя, обводной трубопровод, подключенный к воздухонапорному патрубку и газо- приемному отверстию турбокомпрессора, дополнительную камеру сгорания, установленную в свободном трубопроводе, орган изменения расхода топлива в дополнительной камере сгорания, подсоединенный через входное отверстие к топливному насосу, а через выходное - к дополнительной камере сгорания, и дроссель первичного воздуха, установленный в обводном трубопроводе и подключенный к регулятору степени повышения давления наддува и к органу изменения расхода топлива в дополнительной камере сгорания, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, орган изменения расхода топлива выполнен в виде регулируемого дросселя, снабженного плунжером, наруж- ноЙ подвжоЙ сосоЙ вт) лкой и двумя силь- фонами, разделенными перегородкой, снабженной дроссельным отверстием и перепускным клапаном, а плунжер и подвижная втулка выполнены с каналами, подсоединенными к входному и выходному отверстиям органа изменения расхода топлива, причем дроссель первичного воздуха подключен к органу изменения расхода топлива через его плунжер, наружная втулка подсоединена к одному из сильфонов, а другой сильфон подсоединен к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора.Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть применено в двигателях внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и с дополнительной камерой сгорания.Цель изобретения - повышение эффективности путем стабилизации коэффициента избытка воздуха и повышения КПД в области режимов малых и средних нагрузок при пониженных частотах врагцения вала двигателя.оНа чертеже представлена принципиальная схема системы наддува двигателя внутреннего сгорания.Система наддува содержит свободный турбокомпрессор 1 с воздухонапорным пат 5 рубком 2 и газоприемным отверстием 3, обводной трубопровод 4, дополнительную камеру 5 сгорания, орган 6 изменения расхода топлива в дополнительной камере 5 сгорания, дроссель 7 первичного воздуха и регулятор 8 степеповышения давления наддува.Турбоко рессор 1 подсоединен через воздухоцапорный патрубок 2 и газоприемцое отверстие 3 к цилиндрам двигателя 9.Обводной трубопровод 4 подключен к воздухонапорцому патрубку 2 и газоприемному отверстию 3 турбокомпрессора 1. Дополнительная камера 5 сгорания установлена ь обводном трубопроводе 4. Орган 6 изменения расхода топлива подсоединен через входное отверстие 10 к топливному насосу 11,зо а через выходное отверстие 12 - к камере 5 сгорания, Дроссель 7 первичного воздуха установлен в обводном трубопроводе 4 и подключен к регулятору 8 степени повышения давления наддува и к органу 6 изменения расхода топлива.Орган 6 изменения расхода топлива выполнен в виде регулируемого дросселя, снабженного плунжером 13, наружной подвижной соосной втулкой 14 и двумя сильфонами 15 и 16, разделенными перегородкой 17, снабженной дроссельным отверстием 18 и 40 перспускцым клапаном 9. Плунжер 13 и подвижная втулка 14 выполнены с каналами 20 и 21, подсоединенными к входному и выходному отверстиям 10 и 12 органа 6 изменения расхода топлива. Лроссель 7 первичного воздуха подключен к органу б из менения расхода топлива через его плуц.жер 13, наружная втулка 14 подсоедицена к одному из сильфоцов 15, а другой сильфоц 16 подсоединен к воздухонапорному патруоку 2 турбокомцрессора 1.Камера 5 сгорания снабжена огнезой зоной 22, форсуцкой 23, воздушными каналами 24, перепускцым трубопроводом 25 и дроссслем 26 перепуска воздуха. Плунжер3 органа б изменения расхода топлива подключен к лросселю 7 через систему рычагов 27, а регулятор 8 степени повышения наддува подсоединен через сервомотор 28 к системе рычагов 27. Система наддува работает следующим образом.В период предпусковой подготовки двигателя 9 систему наддува выводят в автоном. ный режим, для чего с помощью пускового устройства е показано) раскручивают турбокомпрессор 1 и подают топливо с помощью насоса 11 в камеру 5 сгорания. Топливо из бака поступает в насос 11 и по трубопроводу поступает во входное отверстие 10 органа 6 изменения расхода топлива, откуда попадает в канал 20 втулки 14 и далее через косой продольный паз истекает в канал 2 плуцжера 13, откуда через канал 20 во втулке 14 и отверстие в корпусе органа 6 топливо поступает в форсунку 23 и распыливается ею в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания. Дроссели 7 и 26 предепьцо открыты, и распыливаемое топливо поджигают в потоке первичного воздуха, поступающего из турбокомпрессора 1 по воздухонапорному патрубку 2 ца вход камеры 5 сгорания. Высокотемпературные продукты сгорания истекают из огневой зоны 22 и смешиваются с потоком воздуха, нагнетаемым турбокомпрессоромпо перепускному трубопроводу 25 в полость камеры 5 сгорания и являются вторичным воздухом, т. е. разбавляющим. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом поступает в газоприемное отверстие 3 турбокомпрессора 1 и создает в турбине избыточнукработу, позволяющую отключить пусковое устройство турбокомпрессора 1 и раскрутить ротор до такой частоты, при которой обеспечивается заданная пусковыми условиягли двигателя степень сжатия и атмосферной температурой) минимальная степень повышения давления в компрессоре турбокомпрессОра(Лк ин), при достижении кОтО- рой включается в работу регулятор 8 давления наддува.Если при раскрутке ротора турбокомпрессора 1 сервомотор 28 вьводя .:а упор, обеспечивая полное открытие дросселя 7 первичного воздуха и максимальное проходное сечение в органе б изменения расхода топлива в зазоре между :азам плунжера 13 и канавкой втулки 14), при достижении величцны П или измеряемого ее эквивалентавеличины давления наддува Р, ), а тем более при превышении этой величины, регулятор 8 госылает сервомотору 28 команду ца уме,; еге пасхода топлива и первичного воздуха) в камере 5 сгорания, в результате чего проходное сечение в дросселе 7 и в органе 6 с помощью системы рычагов 27 несколько уменьшается и поддеоживается на заданном уровне.При этом втулка 14 органа 6 изменения расхода топлива в результате предварительной настройки затяга пружины устанавливается в таком равновесном положении, что при действии на стенку сильфона 16здавления Р между проходным сечением дросселя 7 и расходом топлива форсункой 23 устанавливается зависимость, обеспечивающая оптимальный коэффициент избытка первичного воздуха а 1 (в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания). Арретирование связи втулки 14 с сильфоном 16, осушествляемое с помощью промежуточного звена - сильфона 15, вязкой жидкости и дроссельного отверстия 18, устраняет опасность потери устойчивости в процессе динамического регулирования давления наддува, в котором эта связь является положительной обратной связью.После запуска двигателя 9 при его работе на холостых ходах и самых малых нагрузках в зависимости от частоты вращения коленчатого вала в дросселе 26 в той или иной мере уменьшается проходное сечение с помошью регулятора перепуска воздуха (не показан), а в связи с подачей на турбину турбокомпрессора 1 выпускных газов из двигателя 9 регулятор 8 давления наддува, воздействуя на сервомотор 28 и систему рычагов 27, несколько уменьшает проходное сечение в дросселе 7 и в органе 6 (перемещением плунжера 13) для сохранения поддерживаемого давления наддува Рк минПри этом втулка 14 остается неподвижной и сохраняется первоначальная зависимость Г, = К Д., а вследствие этого и а = сопИ, где Е - площадь проходного сечения дросселя 7, дт - расход топлива.В случае резкого приема полной нагрузки двигателем 9 регулятор 8 вырабатывает команду на увеличение проходных сечений в дросселе 7 и в органе 6 изменения расхода топлива, однако, если втулка 14 остается неподвижной, при возрастании Пк и плотности нагнетаемого турбокомпрессором 1 воздуха сечение в дросселе 7 избыточное, коэффициент сс, возростает и камера 5 сгорания угасает, что в случае пониженных частот вращения коленчатого вала приводит к дымлению, перегреву и отказу в приеме нагрузки.При росте давления наддува Р действующего на стенку сильфона 16, между внутренними полостями сильфонов 16 и 15 нарастает перепад давлений вследствие дросселирования при перетекании жидкости через малое дроссельное отверстие 18. При достижении заданного (допустимого) перепада давлений срабатывает перепускной (предохранительный) клапан 19 и жидкость через большое отверстие свободно перетекает из сильфона 16 в сильфоц 15, который перемешает втулку 14 и сжимает пружину. Характеристика пружины должна быть подобрана с учетом профиля косого паза на плунжере 18 и диапазона изменения давлерия наддува Р,. Указанное перемещение втулки 14 приводит к увеличению проходного сечения в органе 6 изменения расхода топ 5 1 о 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 лива и росту расхода топлива в камере 5 сгорания при неизменном проходном сечении дросселя 7 первичного воздуха. Этим корректируется зависимость Е, = К Я и восстанавливается первоначальное значение а = сопИ в огневой зоне 22.Если к концу переходного режима двигателя 9 давление Р: оказывается превышаюшим требуемую величину, то регулятор 8 уменьшает это давление воздействием ца плунжер 13 органа 6 и дроссель 7 и поддерживает его на установившемся режиме по мере коррекции положения втулки 14 при медленном перетекании жидкости из сильфона 15 через отверстие 18 в сильфон 16.При изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя 9 при постоянной нагрузке, т. е. при постоянных давлении Р и положении втулки 14, изменяется количество перепускаемого в параллель двигателю воздуха (дросселем 26) и расход топлива в камере 5 сгорания при одновременном воздействии регулятора 8 ца плунжер 13 органа 6 изменения расхода топлива и дроссель 7 с сохранением неизменной зависимости Е; = К 1 д. и оптимального значения коэффициента а, = сопИ.При сбросе нагрузки с двигателя 9 падает давление и плотность нагнетаемого турбокомпрессором 1 воздуха, поэтому некоторое время после сброса нагрузки проходные сечения в дросселе 7 и в органе 6 остаются рассогласованными, а коэффициент избытка первичного воздуха мал. Это сопровождается сохранением устойчивости, но потерей полноты сгорания топлива.Однако в процессе замедленного перетекания жидкости из сильфона 15 под действием пружины через дроссельное отверстие 18 в сильфон 16 и корректировки коэффициента пропорциональности в зависимости сечения в дросселе 7 от расхода топлива в форсунке 23 происходит повышение коэффициента избытка первичного воздуха до оптимального значения и подавление неполноты сгорания топлива в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания. Предложенный способ может быть реализован в устройствах другого тица, в частности с корректируюшцм звеном в цепи передачи команд от регулятора давления наддува к дросселю первичного воздуха.Результатом применения изобретения в двигателях внутреннего сгорания ца установившихся режимах работы является стабилизация на оптимальном уровне коэффициента избытка воздуха в зоне горения камеры сгорания в широком дцапазоце допустимого изменения топливоподачц. В связи с тем, что на режимах работы двигателя с перепуском части воздуха с компрессора на турбину во всем диапазоне изменения степени повьццения давления в компрессоре скорости воздуха, истекающего в зоцх горения цз воздухо1236131 направляющих устройств камеры сгорания, изменяются весьма незначительно (не более, чем в 1,2 в 1,3 раза при исполнении дрос. селя первичного воздуха непосредственно в воздухонаправляющих устройствах), стабилизация коэффициента избьггка первичного воздуха служит надежным средством достижения высоких, приближающихся к 100 оО, коэффициентов полноты сгорания в камере г 1 Состанитель Б. КОзлОВТекрсд И. ВсрссТираж 523осударственного комитета СССм изобретений и открытийа, Ж - 35, Раушская наб.,атент, г. Ужгород, ул. Пр орректор Е. Ронкоодписное д. 4/5 оектная, Редактор О. Головая За каз 300334 ВНИИПИ Г по дел П 3035, Моск Филиал ППП Псгорания, а следовательно, и максимально достижимых КПД двигателя. Особо высокой эффективностью изобретение обладает в области режимов работы двигателя с наименьшими частотами вращения коленчатого вала при средних и малых нагрузках, где экономия в удельном расходе топлива может достигать 100 - 150 г/кВтч и более.