Двигатель внутреннего сгорания

Ф9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ро щ че дв же а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИ ОПИСАНИЕ ИЗОН ПАТЕНТУ(71) Аутоипари Кутато Интеэет (ВНР) (53) 621,43.052(088,8)(56) 1. Патент США Иф 3044683,кл. 417-28, опублик. 1962. (54)(57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий турбокомпрессо подключенный к рабочим цилиндрам через напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпуска избыточного воздуха, снабженный запорным органом и приводом от подвижного элемента, установленного в корпусе, нагруженного давлением наддува и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемым и гом срабатывания, о т л и ч а юи й с я тем, что, с целью обеспения увеличения крутящего момента игателя на режимах работы с понинной частотой вращения при регули ровке порога срабатывания клапана на давление наддува на максимальной рабочей высоте над уровнем моря, подвижный элемент привода клапана выполнен в виде стержня и связанных с ним подвижных стенок, одна из которых разделяет корпус на отсек, сообщенный с атмосферой, и отсек, сообщенный с напорным воэдухопроводом, а другая размещена в последнем отсеке, и ее торцовые поверхности выполнены разной площади, причем поверхность с увеличенной площадью обращена к запорному органу.2. Двигатель по п, 1, о т л и ч ю щ и й с я тем, что подвижная опор пружины снабжена сильфоном.1109Изобретение относится к устройствам для наддува двигателя внутреннего сгорания, работающего в высокогорных условиях, особенно для наддува двигателей грузовых автомобилей, компенсирующего уменьшение плотности воздуха на высоте и, в первую очередь, при работе с низкой частотой вращения.Изветсен двигатель внутреннего10 сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к рабочим цилиндрам через напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпус,ка избыточного воздуха, снабженный запорйым органом и приводом от под 15 вижного элемента, установленного в корпусе, нагруженного давлением наддува и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемым порогом срабатывания1 3.В известном двигателе привод и запорный элемент клапана выполнены заодно, что затрудняет его регулировку и обеспечение увеличения крутя 25 щего момента двигателя на режимах с пониженной частотой вращения.Целью изобретения является обеспечение увеличения крутящего момента двигателя на режимах работы с пониженной частотой вращения при регулировке порога срабатывания клапана на давление наддува на максимальной рабочей высоте над уровнем моря.Для достижения поставленной цели в двигателе внутреннего сгорания, З 5 содержащем турбокомпрессор, подключенный к рабочим цилиндрам через напорный воздухопровод, и установленный в последнем клапан выпуска избыточного воздуха, снабженный за О порным органом и приводом от подвиж. ного элемента, установленного в корпусе нагруженного давлением и уравновешенного пружиной с подвижной опорой и регулируемым порогом сраба тывания, подвижный элемент привода клапана выполнен в виде стержня и связанных с ним подвижных стенок, одна из которых разделяет корпус на отсек, сообщеннык с атмосферой, и от . сек, сообщенный с напорным воздухопроводом, а другая размещена в последнем отсеке, и ее торцовые поверхности выполнены разной площади, причем поверхность с увеличенной пло щадью обращена к запорному органу. Подвижная опора пружины может быть снабжена сильфоном. 064 2На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого двигателя, дизельный вариант, на фиг. 2 - то жеУ для двигателя с искровым зажиганием; на фиг. 3 - кпапан для дизеля с турбонаддувом, разрез, на фиг. 4 - клапан для двигателя с искровым зажиганием и турбонаддувом, разрез.Двигатель 1 внутреннего сгорания снабжен впускными патрубками 2 цилиндров 1-Ч 1, которые подключены к нагнетательной магистрали 3 турбокомпрессора через напорный воздухопровод 4. Между нагнетательной магистралью 3 и компрессором 5 турбокомпрессора размещен переходной натрубок 6. Выпускные патрубки 7 цилиндров 1-Ч 1 по три подсоединены к соответствующим выхлопным трубам 8, ,которые соединены с турбиной 9 турбокомпрессора через патрубки 10, Турбина 9 и компрессор 5 расположены на общем валу и образуют общий узел - турбокомпрессор 11, снабженный всасывающим патрубком 12 и выхлопным патрубком 13. В цапорном воздухопроводе 4 установлен клапан 14 выпуска избыточного воздуха, который через трубопровод 15 выпуска связан с выхлопным патрубком турбокомпрессора, а через трубопровод 16 - с напорным воздухопрсводом 4В варианте, представлецном на фиг. 2, напорный воздухопровод дополнительно содержит дроссель 17, установленный на входе в общий всасывающий коллектор 18 в трубе 19, которая соединяет этот коллектор со сборником 20, Кроме дросселея 17 в трубе 19 предусмотрен жиклер 2 1. Для этого варианта двигателя в клапане предусмотрен сильфон 22.Клапан для дизельного варианта показан на фиг. 3 и содержит кижнюю крышку 23, при помощи которой он соединяется с напорным воздухопроводом, и корпус 24. Крышка выполнена с седлом для запорного органа 25, который отделяет выпускную полость 26 клапана от впускного отверстия в крышке 23. Для выпуска избыточного воздуха и выпускной полости 2 б предусмотрен штуцер 27. Неподвижная стенка 28 отделяет от выпускной полости 26 остальную полость клапана, которая разделена на отсеки. ОтСек 29 сообщен с напорным трубопроводом, и в нем размещена подвижная разделительная стенка 30. Эта стенка установлена во внутреннем отверстии 31полости без зазора и выполнена состержнем клапана заодно, причем образующая запорный орган 25 частьстержня и примыкающая к противопоположному торцу стенки 30 часть 32стержня выполнены разного диаметра,в результате чего торцовые поверхности стенки имеют разную площадь иповерхность с увеличенной площадьюобращена к западному органу. Часть32 стержня размещена в отверстии подвижной опоры 33 пружины 34 и зазормежду торцом стержня и торцом опорыограничивает полость 35, сообщеннуюс атмосФерой через полость 23. Положение опоры пружины регулируетсяустановочным винтом 37.Для сообщения полостей 35 и 36 с атмосферойпредусмотрены отверстия 38 и 39.Пружина 34 размещена в, зазоре 40между стенкой внутреннего отверстия31 и направляющей частью подвижнойопоры 33. Для сообщения отсека 29с напорным воздухопроводом предусмотрены каналы 41-43. В варианте клапана по Фиг. 4для двигателя с искровым зажиганиемподвижная опора 33 пружины снабжена сильфоном 44, который примыкаетодной торцовой поверхностью 45 к опоре 33, а другой 46 - к установочному винту 37.Двигатель работает следующим образом.Турбокомпрессор 11 рассчитан нарасход воздуха, необходимый для ра"боты с эксплуатационной малой частотой вращения на заданной максималь- .ной высоте над уровнем моря (Н==5000 м). Эта малая частотаможетсоставлять 1200-1400 1/мин. для ди"зеля с номинальной частотой 22002400 1/мин. Под необходимым расходом понимается количество воздуха,. которое должно обеспечить достижение максимально допустимого давлениясгорания илисреднего эффективного давления.Если частота вращения двигателя увеличивается, происходит увеличение количества воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, и степени сжатия, приэтом давление наддува быстро достигает максимально допустимой величины, После достижения этой величины часть нагнетаемого турбокомпрессором воздуха выпускается через клапан 14, При эксплуатации на расчетной максимальной рабочей высоте надуровнем моря давление наддува достигает максимально допустимой величины при самой низкой частоте, и количество выпускаемого воздуха превышает количество воздуха, выпускаемого на минимальной эксплуатационной высоте на уровне моря Н = О. О Количество выпускаемого воздуха достигает максимально 207 от количествавоздуха, нагнетаемого турбокомпрессором.В дизельном двигателе допускает ся, чтобы давление наддува превосходило допустимое давление, заданное для работы на уменьшенной рабочей высоте, по кольку, если количест- .во впрыскиваемого топлива в каждом 20 цикле сохраняется постоянным, увеличивается коэффициент избытка воздуха, что в определенных условияхдопустимо и может рассматриватьсякак благоприятный Фактор.25 Турбонаддув с описываемой схемойможет применяться в двигателях слюбым числом цилиндров.В примере, приведенном на Фиг. 1и 3, двигатель 1 и турбокомпрессор ЗО 11 .так согласованы друг с другом,что при полной нагрузке количествовоздуха, нагнетаемого турбокомпрессором 11 на максимальной расчетнойвысоте (в данном примере Н=5000 м),для самой нижней в эксплуатационномдиапазоне частоты соответствует потребности двигателя в свежем воздухе.В дизеле для грузовых автомобилей, номинальная частота которого соответо ствует 2200 и 2400 1/мин, минимальная эксплуатационная частота составляет 1200-1400 1/мин.В процессе работы выхлопные газыдвигателя 1 через выпускные патрубки7 и выхлопные трубы 8 направляются втурбину 9 турбокомпрессора 11 и через выхлопной патрубок 13 выпускаются в атмосферу. Приводимый турбиной9 компрессор 5 всасывает воздух че- О рез всасывающий латрубок 12, черезвоздушный фильтр (не показан), сжатыйвоздух через иагнетательную магистраль 3 подается в напорный воздухопровод 4 и через впускные патрубки 2поступает в цилиндры 1 Ч 1. В отсеке29 создается давление, равное давлению наддува, В связи с этим запорныйорган 25 отрывается от седла и пропускает воздух в выпускную полость64 6 1 смеси,Работа двигателя по варианту,показанному на фиг, 2 и 4, аналогична описанной на фиг. 1 и 3. Приэтом мощность двигателя регулируетсяпри помощи дросселя 17, а сильфон 44 5 11090 26, это происходит в том случае, если результирующая усилий, действующих на разные площади торцовых поверхностей стенки 30 и силы атмосферного давления, действующей на торцовую поверх ность части 32 стержня, превосходит усилие предварительной затяжки пружины 34. На практике заданное давление поддерживается клапаном с точностью 3-47, и чтобы достигнуть это-, го, избыточный воздух выпускается в необходимом количестве. Из полости 26 выпускаемый воздух через трубопровод 15 выпускается в выхлопной патрубок 13 турбокомпрессора, создавая разрежение для выпуска отработавших газов. Давление, при котором срабатывает клапан, регулируется винтом 37. Так как в число усилий, действующих против усилия пружины, входит сила атмосферного давления на тореь стержня, то порог срабатывания зависит от эксплуатационной высоты. В дизеле допустимо увеличение давления порога срабатывания в связи с допустимостью увеличения коэффициента избытка воздуха.Использование изобретения в двигателях с искровым зажиганием показано на Фиг. 2 и 4. Структурная схема шестицилиндрового рядного двигателя, представленная на Фиг. 2., практически совпадает со схемой двигателя по фиг. 1. Отличие относится к системе воздухоснабжения. Патрубок 6 компрес 35 сора 5 в этом случае соединен со всасывающим коллектором 18, и в трубе 19 размещены дроссель 17 и жиклер 21, Клапан 14 в этом случае размещен на сборнике 20, а отсек 29 его внут 40 ренней полости сообщен с всасывающим коллектором 18.Представленный на фиг. 4 клапан этого варианта по всем составляющим элементам совпадает с клапаном, при 45 веденным на фиг. 3. Исключение составляет наличие сильфона 44, одна торцовая поверхность 45 которого сопряжена с подвижной опорой 33 пружины, противоположная поверхность 46 сопряжена с установочным винтом50 37. Этот сильфон служит для восприятия атмосферного давления, так как от атмосферного давления зависит ее длина.В частности, при уменьшении.атмосферного давления длина сильфона увеличивается, т.е. при уменьшении атмосферного давления предварительная затяжка пружины увеличивается,Благодаря этому величина порогасрабатывания клапана не зависит отвысоты над уровнем моря,Наддувочный турбокомпрессор дляэтого предела рассчитан на расход,необходимый для расчетной максималь-ной высоты над уровнем моря (например, Н = 50000 м) в самом низком эксплуатационном диапазоне частотвращения. У двигателя грузового автомобиля с объемом цилиндров 6 л иноминальной частотой 3200 1/мин этосоответствует частоте 1800-2000. 1/мин.Потребность двигателя в свежей топливовоздушной смеси может быть равна количеству питающей мотор смеси. При увеличении частоты увеличивается количество нагнетаемого турбокомпрессором воздуха и степень сжатия, После достижения максимальной величины давления часть избыточного воздуха выпускается через клапан 14.При эксплуатации на высоте ниже максимальной расчетной клапан открывается при более низкой частоте.Из этого следует, что при эксплуатации на уровне моря (Н=О) выпускается больше воздуха, чем при работена высоте, Количество выпускаемоговоздуха может составлять максимум257, при этом жиклер или форсункаустанавливаются на участке воздухопровода, заключенном между клапаном14 и впускными патрубками, что исключает потери топлнвовоздушной с замкнутым пространством корректирует пороговую величину срабатывания в зависимости от атмосферногодавления. Благодаря этому можно избежать появления детонации при работе двигателя на малой высоте. Сильфон может быть скоординирован сосвойствами всасываемого воздуха. Такое решение может оказаться целесообразным и для дизеля. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить давление наддува двигателя при работе с пониженной частотой при обеспечении его работы на максимальной рабочей высоте .над уровнем моря, благодаря чему7 1109064 8увеличивается крутящий момент двига, батывания клапана на давление наддутеля на режимах работы с пониженной ва на максимальной рабочей высоте частотой при регулировке порога сра- над уровнем моря.каз 5905/4 город, ул. Проектная, 4 тент", г Тираж 5 ВНИИПИ Государ по делам,изо 035, Москва, Ж4 . Подписноественного комитета СССРбретений и открытий