Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

(57) Изобретензффективные по внутреннего сг переходных реж содержит турбо НУТРЕННЕГО СГОРАН 20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Заявка фРГ Р 3205721,кл. Р 02 В 37/14, опубл. 1983. е позволяет повыситьазатели двигателярания на частичных иимах работы. Двигательомпрессор (ТК) 1, при(50 4 Е 02 0 2300 Е 02 В 37/00 водной нагнетатель (Н) 2 задатчик 3режима работы и электронный выключатель муфты 5. ТК 1 подсоединен черезвоздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 к выпускному коллектору 16Н 2 кинематически связан через муфту 5 с валом 20двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал. 21 к впускномуресиверу 13, Наддув двигателя 14 спомощью ТК 1 осуществляется при больших нагрузках двигателя (в диапазоне70-1003 полной нагрузки). При снижении нагрузки ниже 7 ОЕ ТК 1 отключается. Совместная работа на режимахразгона ТК 1 и Н 2 позволяет устранить дефицит воздухоснабжения в период раскрутки ТК 14 ил, Изобретение относится к машино= строению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с регу 5 лируемым турбонаддувом,.Целью изобретения является повыше ние эффективных показателей на частичных и переходных режимах двигателя, а также повышение топливной экономичности и уменьшение дымности отработавших газов путем улучшения динамических качеств двигателя при ускорении коленчатого вала.На фиг. 1 показана схема предлагаемого двигателя; на Фиг. 2 - клапан в гаэовыпускном канале; на Фиг. 3 - блок-схема электронного включателя муфты; на Фиг, 4 - Функциональная схема блока логики электронного включателя.Двигатель содержит турбокомпрессор 1, приводной нагнетатель 2, задатчик 3 режима работы, электронный включатель 4 муфты 5, газовыпускной канал 6, обводжой воздушный трубопровод 7, перепускной воздушный трубопровод 8 и органы 9 - 11 их перекрытия, Турбокомпрессор 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 к выпускному коллектору 16 и сообцен через воздухоочиститель 17 во впускном канале 18 и газовыпускное отверстие 19 с атмосФерой. Приводной нагне татель 2 кинематически связан черезФту 5 с коленчатым валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал 21 к впускному ресиверу 13, Электронный включатель 4 муфты 5 снабжен связанными межцу соОой при помоци электрической цепи усилителем 22, Формирователем 23 импульсов и блоком 24 питания, из ко 45 торых Формирователь 23 импульсов подключен к магнитоэлектрическому датчику 25 частоты вращения вала 20.двигателя 14, а усилитель 22 - к муфте 5 привода нагнетателя 2,150Впускной канал 18 турбокомпрессора 1 выполнен с заслонкой 26, а электронный включатель 4 муфты 5 выполнен с блоком 27 логики. Газовыпускнойканал 6 подсоединен к газо- приемному отверстию 15 турбокомпрессора 1 и сообщен с атмосферой. Орган 9 перекрытия газовыпускного канала 6 подключен к задатчнку 3 режима 4работы, Обводной воэдушнйй .трубопровод 7 подсоединен к впускному отверстию приводного нагнетателя 2 и к воздухоочистителю 17. Перепускной воздушный трубопровод 8 подключен к впускному каналу 18 и к воздухонапорному патрубку 12 турбокомпрессора 1. Блок 27 логики электронного включателя 4 установлен в электрической цепи между Формирователем 23 импульсов и усилителем 22.Блок 27 логики содержит двоичный счетчик 28, блок 29 памяти, сумматор 30, компараторы 31 - 33, триггер 34, логические схемы И 35 - 37, логические схемы И-НК 38 и 39, генератор 40, формирователь 41 сигнала "Запись", Формирователь 42 сигнала "Сравнение", формирователь 43 сигнала "Сброс", двоичный код 44, соответствующий минимальной частоте вращения вала 20, двичный код 45, соответствующий максимальной частоте вращения вала 20, двоичный код 46, соответст вующий минимальному значению приращения частоты вращения вала 20, при котором имеет место режим разгона.Двигатель работает следуюцим образом.Наддув двигателя 14 с помощью приводного нагнетателя 2 осуществляется в диапазоне от малой частоты вращения Ю (например, 600 мин ) до средней частоты вращения д, (например, 1600 мин ) коленчатого вала 20 и при его ускорении, превышающем заданную пороговую величину (пример но, 100 мин ), В результате наддува в цилиндры подается/дополнительное количество воздуха, пропорциональное частоте врацения вала 20 двигателя 14 и, как следствие этого, достигается повышение крутяцего момента и динамических качеств двигателя 14, снижение расхода топлива и дымности отработавших газов. Включение приводного нагнетателя 2 происходит как правило не при случайных обстоятельствах (например, при изменении дорожных усло- вий), а в условиях, когда водитель осуществляет разгон транспортного средства. Указанное обстоятельство исключает цикличность вступления нагнетателя 2 в работу. Наддув двигателя 14 с помоцью турбокомпрессора 1 осуцествляется при больших нагрузках двигателя 14 (в диапазоне 70 - 1003 от полной нагрузки). При снижении на5 151855 грузки ниже 70 Х турбокомпрессор 1 отключается. При отключении турбоком,прессора 1 и нагнетателя 2 воздух в цилиндры двигателя 14 подается из ат 5 мосферы в обход компрессора турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2, при этом при отключении турбокомпрессора 1 полностью отключается подача отработавших газов на его турбину. Указан ное обстоятельство обуславливает уменьшение потерь на гаэообмен, Совместная работа на режимах разгона турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2 позволяет устранить дефицит воздухс снабжения в период раскрутки турбокомпрессора 1. 11 ри последующем быстром выключении нагнетателя 2 возможность скачкообразного изменения мощности исключается, так как при часто те вРацениЯ гО дтУРбокомпРессоР 1 уже успевает приблизиться к расчетному режиму работы и его мощность существенно превышает мощность нагнетателя 2, а следовательно, отключение 25 последнего становится нечувствительным для двигателя 14.Информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания считывается при помоци магнитоэлектрического датчика 25. ЭДС на обмотке датчика 25 наводится в момент прохождения около него ,стального зуба шестерни, жестко закрепленного на коленчатом валу 20. Сигнал датчика 25 усиливается и преобразуется в прямоугольный сигнал с помощью формирователя 23 импульсов. Далее информация о частоте вращения поступает на блок 27 логики. Блок 27 логики электрон ного включателя 4 вырабатывает сигнал, который, будучи усиленным оконечным усилителем, управляет работой муфты 5. Блок 27 логики устанавливает на выходе сигнал 1 в случае, когда 45 режим работы двигателя 14 соответствует включению муфты 5, т,е. выполняются следуюцие условия: частота вращения коленчатого вала 20 двигателя 14 находится в пределах, например, 50 600 - 1600 мин ; имеет место увеличение частоты вращения коленчатого вала 20 двигателя 14, при этом ускорение вала 20 превышает заданную по-. роговую величину (разгон двигателя).Блок 27 логики за определенный про" межуток времени Т, (период измерения) определяет количество генерированных датчиком 25 импульсов, что ука" зывает на количество оборотов коленчатого вала 20 двигателя 14, 11 о окончании периода измерения Т происходит проверка условий для выработки сигнала включения муфты 5. Если эти условия соблюдаются, то на выходе устанавливается уровень "1", а если не соблюдаются - то уровень "0". Выработанный сигнал остается неизменным до окончания следующего периода измерения.Работой блока управляют сигналы "Запись", "Сравнение", "Сброс". Эти сигналы вырабатываются формирователями 41 - 43. За период измерения двоичный счетчик 28 производит подсчет поступаюцих на его вход импульсов от датчика 25 частоты вращения коленчатого вала 20. Схемой 35 счет импульсов запрещается во время действия управляющих сигналовЗапись 11 Сравнение". Так как длительность каждого из управляющих сигналов достаточно мала (,5 мкс) по сравнению с периодом измерения, потери счетных импульсов не происходит. В блоке 29 памяти хранится результат предыдущего подсчета импульсов за Тизг 1 Этот результат увеличивается сумматором 30 на величинуЛго, которая соответствует минимальному приращению частоты вращения за период. измерения, при котором режим .работы двигателя 14 можно считать разгоном. Эта величина представляется двоичным кодом на входе В сумматора 30 (коммутационное поле гст Лы). По окончании периода измерения происходит сравнение компаратором 33 количества импульсов, поступивших за текуций период (вход А), и количества импульсов за предыдуций период плюс величина дсо (вход В) . Если величина на входе А превышает величину на входе В,. то с выхода компаратора 33 поступает сигнал о наличии режима разгона на элемент 38. Контроль за нахождением частоты вращения коленчатого вала 20 двигателя 14 в диапазоне отсо (600 об./мин) до год (1600 об,/мин) осуцествляется компараторами 31 и 32, На входах А этих компараторов устанавливается двоичньгй код, соответствуюций г,(К 1) и го (К 2). В конце периода измере" мдксния производится сравнение двоичного кода на выходе счетчика 28 (что является эквивалентом измеренной частоты вращения), установленного на входахВ, и кодов а)цш,. . При измеренНойчастоте вращения выше ащи навыходе компаратора 31 устанавливаетсяуровень "1". При измеренной частотевращения нижейщ на выходе компара 5тора 32 устанавливается уровень логической "1". Сигналы с компараторов31 - 33 поступают на схему И-НЕ 38,выполняющую функции объединения сигналов и выработки результирующего1 Осигнала. Если укаэанные сигналы являются "1"; то это означает довыполнениеусловий для включения муфты 5. Еслиже хоть один из сигналов равен "0",15то это указывает на,невыполнение условий для включения муфты 5, Указанные сигналы компараторов 31 - 33 рассматриваются во время действия управляющего сигнала 11 Сравнение". Этотсигнал разрешает запись результата20анализа режима работы двигателя (выход схемы 38) в триггер 34, которыйи хранит результат до конца следующего периода измерения Ти25При поступлении на муфту 5 сигнала о включении она соединяет шкивпривода нагнетателя 2 с коленчатымвалом 20 двигателя 14. Под действиемвозникающего разрежения на входе в30нагнетатель 2 орган 10 перекрытияподнимается, и воздух из атмосферычерез воздухоочиститель 17 по обводному трубопроводу 7 поступает к работающему нагнетателю 2 и далее по воздухонапорному каналу 21 во впускной 35ресивер 13 двигателя 14При этом орган 11 перекрытия и заслонка 26 поддействием собственного веса опускаются, перекрывая подачу воздуха по перепускному трубопроводу 8 и впускному каналу 18. При достижении двигате,лем 14 средней частоты коленчатоговала 20 или при выходе его на установившийся режим, или при замедлениивала 20 электронный включатель 4 муфты 5 отключает привод нагнетателя 2,орган 10 перекрытия под действиемсобственного веса опускается, перекрывая о бводной трубопровод 7. Нарежимах, близких к,полной нагрузке,50благодаря связи задатчика 3 режимаработы двигателя 14 с органом 9 пере-крытия, последний устанавливаетсяв положение, при котором газовыпускной канал 6 перекрыт. Отработавшиегазы из цилиндров двигателя 14, пройдя через его выпускной коллектор 16и через газоприемное отверстие 15,поступают в турбину турбокомпрессора 1, которая приводит во вращение компрессор. Воздух через открывшуюся заслонку 26 по каналу 18 поступает в компрессор турбокомпрессора 1 и далее через воздухонапорный патрубок 17 во впускной ресивер 13 двигателя 14. Органы 10 и 11 перекрытия под действием собственного веса и разницы давления в трубопроводах 7 и 8 до и после органов 10 и 11 опускаются.Турбокомпрессор 1 на частичных нагрузках отключается при соответствующем положении задатчика 3 режима двигателя 14. При этом ось органа 9 перекрытия под действием пневматического механизма поворачивается на 90, а орган 9 перекрывает подачу отработавших газов к газоприемному отверс- тию 15 турбокомпрессора 1 и открывает выход отработавших газов по газовыпускному каналу 6 в атмосферу. Наличие пневматического механизма и выполнение органа 9 перекрытия в виде двух заслонок на одной оси (Фиг.2) позволяет осуществить плавное включение и отключение турбокомпрессора 1 с постепенным прекращением подвода газов в его турбину, что устраняет возможность возникновения рывков при движении транспортного средства. Полное отключение подачи отработавших газов на турбокомпрессор 1 обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление системы выпуска и снижение потерь на газообмен. Размещение органа 9 перекрытия не вызывает загромождения проточной части газовой магистрали, что также способствует уменьшению сопротивления на выпуске. При отключении наддува двигателя орган 10 перекрытия и заслонка 26 прикрываются, а орган 11 перекрытия под действием разрежения в воздухонапор-ном патрубке 12 открывается. Воздух в двигатель при отключенном наддуве поступает из воздухоочистителя 17 по впускному каналу 18 и далее через трубопровод 8 к впускному ресиверу 13 двигателя 14, Таким образом, при отключении турбокомпрессора 1 и нагнета 1 еля 2 обеспечивается поступление воздуха в двигатель 14 без обязательного просасывания его через отключенный турбокомпрессор 1 и нагнетатель 2, т.е, при минимальном сопротивлении на впуске. При этомрасположение органа 10 перекрытия заслонки 26 перед турбокомнрессором 1 и нагнетателем 2 в трубопроводе 7 и в канале 18 и, как следствие этого, наличие аккумулирующих полос" тей в.зонах трубопроводов, прилегающих к турбокомпрессору 1 и нагнета- . телю 2, способствует повышению равномерности наполнения цилиндров воздухом. Наконец, имеется такая возможность путем экспериментального подбора объемов упомянутых аккумулирующих полостей и полостей корпусов, в которых размещены органы 10 и 11 перекрытия и заслонка 26, дополнительно повысить наполнение цилиндров за счет организации их динамического наддува. Повьпдению наполнения способствует также принятое выполнение участков сопряжений трубопроводов 7 и 8, впускного канала 18, воздухонапорно.- го патрубка 12 и воэдухонапорного канала 21.Конструктивное выполнение органов 10 и 11 и заслонки свободно качающимися на оси позволяют реализовать предлагаемое устройство управления комбинированным наддувом с наибольшей эффективностью без наличия дополнительных следящих и приводных элементов, а значит, с наибольшей надежностью и наименьшей материалоемкостью, Таким образом, предлагаемое устройство двигателя внутреннего сгорания обеспечивает четкое, рациональное функционирование турбокомпрессора и нагнетателя с механическим приводом на режимах их наиболее эффективной работы. Достигаемое повышение наполнения цилиндров двигателя, уменьшение аэродинамического сопротивления на впуске и выпуске, а также потерь энергии на привод нагнетателя обеспечивают улучшение динамических качеств двигателя при ускорении коленчатого вала, уменьшение дымности отработавыих газов, повыше-,. ние топливной экономичности двигателя и транспортного средства в целом в широком диапазоне рабочих режимов. формула изобретения Двигатель внутреннего сгоранияс наддувом, содержащий турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок к впускному ресиверу двигателя и через газоприемноеотверстие - к выпускному коллекторуи сообщенный через воздухоочистительво впускном канале и газовыпускноеотверстие с атмосферой, приводнойнагнетатель, кинематически связанный через муфту с коленчатым валом 15двигателя и подсоединенный черезвоздухонапорный канал к впускному ресиверу, задатчик режима работы двигателя и электронный включатель муфты,снабженный связанными между собойпри помощи электрической цепи и усилителей формирователем импульсов иблоком питания, из которых формирователь импульсов подключен к датчику частоты вращения вала двигателя,а усилитель - к муфте привода нагнетателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения эффективныхпоказателей на частичных и переходныхрежимах, двигатель дополнительно 30снабжен газовыпускным каналом, обводным и перепускным воздушными трубопроводами и органами их перекрытия,впускной канал.турбокомпрессора выполнен с заслонкой, электронный включатель муфты выполнен с блоком логиЗ 5 ки, причем газовыпускной канал подсоединен к газоприемному отверстию турбокомпрессора и сообщен с атмосферой,орган перекрытия газовыпускного канала подключен к задатчику режима рабо ты, обводной воздуыный трубопроводподсоединен к впускному отверстиюприводного нагнетателя и к воздухоочистителю, перепускной воздушныйтрубопровод подключен к впускному каналу и к воздухонапорному патрубкутурбокомпрессора, а блок логики элект-,ронного включателя установлен вэлектрической цепи электронного включателя,между формирователем импульсов 50 и усилителем.тель В.НозловЛ.Сердюкова Корр М.Ыарони венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага Произ каз 6585/40 Тираж 482 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5