Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом

(5) й комитетм и откРытиям ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ СС ЕНИЯ и С,А.СкиДь фэвр ИСАНИЕ ИЗС)БРОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент США йг 4174617,кл. Р 02 В 7/00, 1980.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯПОДАЧИ ВОЗДУХА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ(57) Использование:.изобретение относитсяк области двигателестроения, в частности, ктепловозным дизелям с турбонаддувом,оборудованным устройствами для регулирования подачи воздуха в воздушный ресиверДВС. Сущность изобретения: устройство со- .держит датчики давления 1 и температуры 2 воздуха в воздушном ресивере, преобразователь 4, исполнительный механизм 9 и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку 10, при этом датчики давления 1 и температуры 2 подключены к входу преобразователя, а исполнительный механизм 9 подключен к его выходу. Кроме того, устройство содержит задатчик начального положения дроссельной заслонки 6, регулируемый дроссель 5 с запорным элементом, пневмокорректор 8, выполненный в виде пневматического мембранного механизма, а также преобразователь, выполненный в виде двуплечего балансировочного рычага 4 с регулируемой опорой 3, Чувствительные элементы датчиков давления 1 и Я температуры 2 выполнены в виде мембранных камер со штоками, каждая из которых Д установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага. 1 ил.г,5 10 20 25 30 35 40 50 55 Изобретение относится к двигателестроению, в частности к тепловозным дизелям с турбонаддувом, оборудованным устройствами для перепуска части сжатого воздуха или газа,Известны устройства, содержащие перепускной клапан, магистраль перепуска и систему управления, осуществляющие управляемый перепуск части сжатого воздуха или отработавших газов и используемые для самых различных целей, например, для обеспечения оптимальных совместных расходных характеристик дизеля и компрессора и при этом беспомпажной работы компрессора турбокомпрессора; для различных способов регулирования турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания ДВС) на стационарных и переходных режимах работы; для обеспечения устойчивых параметров воздушного потока независимо от изменения условий работы ДВС, в частности, от изменения атмосферных условий.Для решения последней задачи используются устройства, поддерживающие некоторую заданную величину давления воздуха в ресивере на некоторых режимах работы ДВС. В зависимости от разлииных предусмотренных заранее факторов величина уставки по .давлению наддува может корректироваться, Одними из наиболее часто встречающихся параметров, по которым осуществляется такая коррекция, являются температура наддувочного воздуха и температура окружающего воздуха.Известно устройство, регулирующее давление наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания с газотурбонагнетателями, в котором используется перепуск части сжатого воздуха с целью сохранения давления воздуха в воздушном ресивере, имеющее датчик атмосферного давления и осуществляющее коррекцию основного сигнала по температуре окружающего воздуха, Устройство обеспечивает управляемый перепуск части сжатого воздуха в зависимости от плотности атмосферного воздуха.Недостатком такого устройства является разрывность схемы регулирования, так как не существует обратной связи управляющих сигналов по давлению и температуре окружающей среды с количеством перепускного воздуха или параметрами наддува в воздушном ресивере, т,е. устройство работает как позиционер, В связи с тем, что система регулирования разорвана, ухудшается точность, поддержания параметров наддува в воздушном ресивере дизеля.Наиболее близким к предлагаемому является устройство перепуска, предназнаценное для ДВС, имеющее дроссельную заслонку, впускной коллектор и выпускной коллектор. Устройство содержит установленный во впускном ресивере датчик давления, который измеряет первый электрический параметр в соответствии с изменением давления в коллекторе Р. С дроссельной заслонкой механически соединено электронное устройство, изменяющее в соответствии с положением заслонки второй электрический сигнал того же типа, что и первый. В качестве датчика температуры, вырабатывающего второй электрический сигнал, используется биметаллическая пластина.Система содержит компаратор с уравновешивающим устройством для сравнения соответствий полных значений первого и второго параметра ивырабатывает корректирующий выходной сигнал напряжения,полярность которого соответствует относительным величинам первого и второго параметров, ДВС имеет газовую турбину, соединенную с впускным коллектором, и воэдуш н ый комп рессор.Воздушный компрессор механически связан соответствующим устройством с турбиной и пневматически соединен с воздушным коллектором для подачи потока воздуха, С выпускным клапаном между выхлопным коллектором и турбиной соединен перепускной трубопровод, служащий для перепуска части отработавших газов мимо турбины. В перепускном трубопроводе смонтирована заслонка, регулирующая степень перепуска отработавших газов мимо турбины. Это устройство содержит замкнутую схему регулирования В связи с тем, что управляющие сигналы формируются в воздушном разрезе, а управление турбонагнетателем осуществляется со стороны выхлопа, существенным недостатком устройства является большаянестабильность и неравномерность регулирования из-за большой инерционности ротора турбокомпрессора. Поэтому даже использование особо точных электронных устройств не может обеспечить в этом случае достаточную точность поддержания плотносги воздуха в воздушном ресивере из-за большой статической погрешности такого устройства. Кроме того, перепуск части газа в обход турбины из-за невозвратной потери части энергии газа неизбежно приводит к ухудшению топливной экономичности дизеля, Дополнительным недостатком устройства является его сложность. Кроме трудностей,обусловленных сложностью выполнения поворотной заслонки в выхлопном коллекторе, возникают сложности в обеспечении10 20 25 30 35 40 50 55 ора усой работы эекроы устройств в условиях постоянных вибраций; Все это значительно усложняет установку подобных устройств на транспортных ДВС, например, на тепловозах. В связи с этим осложняется задача по обеспечению достаточной надежности работы ДВС при изменении атмосферных условий, в частности, при низких температурах атмосферного воздуха.Наиболее выгодным способом управления турбокомпрессором при низких температурах атмосферного воздуха является перепуск части сжатого воздуха с выхода на вход в компрессор, что объясняется повышением температуры воздуха на входе в компрессор из-за подмешивания сжатого воздуха, который в режиме полной мощности имеет температуру намного выше (до 170 С), чем температура наружноо воздуха,Степень подогрева воздуха на входе в компрессор при перепуске части сжатого воздуха можно оценить по формулеСр 16 кТО = Ср 2 СперТк + Срз(бк Опер)ТО, где Ср 1: Ср 2 Срз - соответственно теплоемкости воздуха при температуре подогретого воздуха на входе в компрессор То, при температуре воздуха Т, и при температуре наружного воздуха То.Из этой формулы следует зависимость (ПРи условии, что Ср 1 = Ср 2 = Срз)То = Р(Тк - То) + То,Опергде 3 = р. - относительное количествоОкперепускаемого воздуха,Цель изобретения - повышение надежности работы двигателя в режиме полной мощности при низких температурах атмосферного воздуха путем перепуска части сжатого воздуха с выхода компрессора на его вход, что приводит к поддержанию плотности воздушного заряда в воздушном ресивере, соответствующей плотности при нормальных атмосферных условиях.Кроме того, к устройству предъявляются такие требования как обеспечение предельной простоты регулирующего устройства, максимальной точности. регулирования и приспособляемости его к условиям работы тоанспортного ДВС с турбонаддувом, в частности, к условиям работы такого ДВС на тепловозе,Предлагаемое устройство для регулирования подачи воздуха ДВС с наддувом, содержит датчики давления и температуры воздуха в воздушном ресивере, преобразователь, исполнительный механизм и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку, причем датчики давления и температуры подключены к входу преобразователя, а к его выходу подключен исполнительный механизм, связанный с дроссельной заслонкой.Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования подачи воздуха ДВС с наддувом снабжено задатчиком начального положения дроссельной заслонки,регулируемым дросселем с запорным элвментом, пневмокорректором, выполненным в виде пневматического мембранного механизма со штоком и рабочей камерой, подключенной к источнику сжатого воздуха,преобразователь выполнен в виде двуплечего балансировочного рычага с регулируемой опорой, чувствительные элементы датчиков давления и температуры выполнены в виде мембранных камер со штоками, каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага, пневматический мембранный механизм установлен с возможностью взаимодействия с балансировочным рычагом,причем запорный элемент регулируемого дросселя размещен на одном из концов балансировочноо рычага, другой конец которого связан с задатчиком начального положения дроссельной заслонки, а рабочая камера пневматического мембранного механизма пневмокорректора сообщена с пневматическим исполнительным механизмом через регулируемый дроссель.Повышение надежности работы ДВС обусловлено тем, что при низких температурах атмосферного воздуха на тепловозных дизелях происходит рост максимального давления сгорания Рмекс, величина которого можег превышать допустимые пределы. При перепуске части сжатого воздуха с выхода компрессора(или из воздушного ресивера) на его вход существенно уменьшается величина Рлек за счет увеличения температуры на входе в компрессор вследствие подмешивания воздуха с высокой температуры - с одной стороны и падением давления в воздушном ресивере из-за перепуска - с другой стороны, На чертеже изображено устройство,имеющее пневматическую систему управления,Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом (фиг. 1) имеет чувствительный элемент датчика 1 давления воздушного заряда в воздушном ресивере ДВС и чувствительный элемент датчика 2 температуры воздушного заряда в ресивере. Чувствительные элементы выполнены в виде мемб 1744285ранных камер со штоками, причем каждая из них установлена на противоположных от регулируемой опоры 3 плечах балансировочного рычага 4, на котором установлен запорный элемент регулируемого дросселя 5,Начальный уровень давления воздуха всистеме управления Рупр изменяется с помощью задатчика начального положениядроссельной заслонки б, через пружину 7связанного с соответствующим плечом балансировочного рычага. В предлагаемом устройстве имеется обратная силовая связь,реализуемая пневматическим мембранныммеханизмом пневмокорректора 8, которыйпередает усилие обратной связи в соответствии с уровнем давления воздуха в системеуправления Рупр.Пневматический сигнал управленияРупр преобразуется в пневматическом исполнительном механизме 9 в перемещениедроссельной заслонки 10, которая за счетоткрываемого определенного сеченияперепуска в перепускнай магистралиосуществляет регулирование плотностинаддувочного воздуха в воздушном ресивере,ВС через изменение величины давления в нем,Имеется также устройство 11, изменяющее глубину коррекции сигнала по давлению сигналом по температуре воздушного. заряда в ресивере путем изменения соотношения плеч балансиравочнога рычага (расстояний между чувствительньгм элементомдатчика 1 давления и регулируемой опорой3 и между чувствительным элементом датчика 2 температуры и опорой 3),Устройство работает следующим образом.При нормальных атмосферных условиях(Во = 760 мм рт,ст.; то = 20 С) для режимаполной мощности,ДВС устройство настраивается таким образом, что балансировочный рычаг 4 находится в равновесии паддействием усилий, передаваемых от чувствительных элементов датчиков давления итемпературы 1 и 2, начальной затяжки пружины 7 регулировочным винтом б задатчиканачального положения дроссельной заслонки и усилия обратной связи, передаваемогоот пневматического мембранного механизма пневмокорректора 8, формирующих начальный уровень давления воздуха всистеме управления Рупр.При этом.дроссельная заслонка 10 закрыта, При изменении параметров воздушного заряда Рк и 1 к в воздушном ресивереДВС в связи с изменением атмосферныхусловий (для удобства изложения возьмемуменьшение температуры атмосферного воздуха) в системе, настроенной предварительно на параметры воздушного заряда в ресивере при температуре атмосферного воздуха, равной 20 С (нормальные атмас ферные условия), происходит нарушениебаланса сил, в связи с чем изменяется положение балансировочного рычага 4(в данном случае перемещается вниз), и положение дросселя 5, который, в свою очередь, за счет 10 выпуска воздуха из системы управленияизменяет давление воздуха в этой системы Ру,р в данном случае - в сторону увеличения) еВ связи с изменением Рупр осуществля ется поворот дроссельной заслонки 10 ипроисходит перепуск части сжатого воздуха с выхода компрессора турбакампрессара нэ его вход, вследствие каторага одновременна происходят падение давления воздуха Рк 20 в воздушном ресивере ДВС и повышениетемпературы воздуха на входе в компрессор за счет подогрева поступающего в компрессор атмосферного воздуха с температурой та перепускэемым воздухам с температурой 25 тк.Пневматический сигнал управления мажет быть подключен к источнику сжатоговоздуха пад постоянным давлением - натепловозе, например, мажет быть испаль 30 завэн сжатый воздух тормозной или питательной магистрали, Причем, с цельюподдержания постоянной величины давления, в магистраль мажет быгь включен регулятор давления.35 Б качестве преобразователя сигналатемпературы воздушного заряда в ресивереДВС может быть использован серийна вь 1- пускаемый преобразователь типа 13 ТД 73,предназначенный для непрерывного преаб 40 разовачия температуры жидкости и газовыхсред в пневматический сигнал дистанционной передачи. Датчик температуры имеетпределы измерений 1 = 50-100 С, т.е. работает в зоне ожидаемых температур воздуха45 в ресивере для любых температур наружноГО ВОЗДУХа,Могут быть предложены различные варианты устройства, имеющие те же отличи тельные признаки, чта и предлагаемоеустройство. В частности, имеется воэможность с целью большей автономности рабаты такого устройства использовать гидравлическую систему управления, нэ пример, если в качестве сигнала по управлению Рупр использовать давление масла во всережимном регуляторе оборотов и мощности тепловозного ДВС, Б этом случае предлагаемое устройство будет работать автономно От лобых систем тепловоза,1744285 10 Составитель Е,РыбальченкоТехред М,Моргентал Корректор Н,Ревская Редактор И,Касарда Заказ 2177 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 101 Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы ДВС с турбонаддувом при отличии атмосферных условий от нормальных, в частности, при низких температурах атмосферного воздуха. Кроме того, использование предлагаемого устройства позволяет получить дополнительные преимущества по сравнению с известными; максимальная простота изготовления; повышение точности регулирования; повышение надежности работы и улучшение приспособляемости к любым условиям работы дизеля, в частности, к условиям работы дизеля на тепловозе.Формула изобретения Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащее датчики давления и температуры воздуха в воздушном ресивере. преобразователь, исполнительный механизм и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку, причем датчики давления и температуры подключены к входу преобразователя, к выходу которого подключен исполнительный механизм, связанный с дроссельной заслонкой, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе двигателя в режиме полной мощности при низких температурах атмосферного воздуха путем перепуска части сжатого воздуха с выхода компрессора на его вход, устройство снабжено задатчиком начального положения дроссельной заслон ки, регулируемым дросселем с запорнымэлементом, пневмокорректором, выполненным в виде пневматического мембранного механизма со штоком и рабочей камерой, подключенной к источнику сжатого воздуха, 10 преобразователь выполнен в виде двуплечего балансировочного рычага с регулируемой опорой, чувствительные элементы датчиков давления и температуры выполнены в виде мембранных камер со штоками, 15 каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага, пневматический мембранный механизм установлен с возможностью 20 взаимодействия с балансировочным рычагом, причем запорный элемент регулируемого дросселя размещен на одном из концов балансировочного рычага, другой конец которого связан с задатчиком началь ного положения дроссельной заслонки, арабочая камера пневматического мембранного механизма пневмокорректора сообщена с пневматическим исполнительным механизмом через регулируемый дроссель, 30