Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

Союз СоветскихСоциапнстичесиихРеспубпик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пв 891986(23) Приоритет Г 02 В 37/00 Гооударстееииый комитет СССР оо делам мзобретеиий и открытиЯ(72) Авторы изобретения В.Н.Васильев и И,А,Фай Московский ордена Ленина и ордена Трудо Знамени институт инженеров железнодорож(71) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГСГОРАНИЯ Изобретение отно строению, а именно для газотурбинного ся к машинстройствамдуваижно уха, ухоИзвестны устроиства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один турбокомпрессор, установленный в газо- воздушном тракте .и сообщенный с коллектором выпуска отработавших газов двигателя при помощи гаэоприемного патрубка и с воздушным ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в ней тарельчатый клапан, снабженный приводом от датчи ка давления, установленного в газовоэ душном тракте ОЗПерепуск отработавших газов позволяет настроить турбокомпрессорную группу на оптимальное воздухоснабжение на нерасчетных режимах, что особенно важно для транспортных дизе" лей, работающих в большом диапазо" не нагрузок,Однако для тепловых дизелей характерна частая смена режимов работ и длительная работа на холостом хо ду. В этих условиях на всех элементах выпускной системы двигателя, ос бенно двухтактного, происходит от" ложение нагара, сечение элементов уменьшается и изменяются точки совместной работы турбокомпрессора с д гателем. Кроме того, в процессе эксплуатации по мере увеличения пробега тепло воза 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 возмо чрезмерное снижение расхода воэд сопровождающееся ухудшением возд986 51 О 20 25 ЭО ЭЗ 40 45 3 ,891 снабжения дизеля и повышением тепло" напряженности его узлов.Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности двигателя.Для достижения поставленной цели устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температуры, размещенного в газоприемном патрубке, и передачи между управляющим органом датчика и приводом клапана.Привод клапана может быть выпол" нен в виде подвижной стенки, нагруженной давлением в газовоздушном тракте и уравновешенной усилием спиральной пружины с регулируемой затяжкой, а датчик температуры в этом случае подсоединен к механизму изменения затяжки пружины.При этом клапан может 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 вы" полнен в виде поворотной опоры с прикрепленным к ней концом спирали, образующей пружину.Спиральная пружина может быть также 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 клагана может быть снабжен сервомеханизмом с подключением к последнему датчику тем-. пературы.При этом газоприемный патрубок может быть выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, а датчик температуры выполнен в виде неохлаждаемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждаемому участку пат- . рубка и связанного вторым концом с установленной на том же участке перемещаемой деталью, соединенной с приводом клапана.Датчик температуры может быть выполнен также в виде биметаллической пластины.На фиг1 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. 4 - 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 б.Газоприемный патрубок (фиг.1) охлаждаемый с двойными стенками, между которыми циркулирует теплоноситель. Магистраль 7 для перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора соединяет между собой газо- приемный 5 и выходной 8 патрубки и снабжена перекрывающим ее клапаном 9.Привод клапана (фиг,1) выполнен в виде тарелки 10, нагруженной давлением отработавших газов в газо- приемном 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 (фиг.3).Спиральная пружина 11 выполнена с регулируемой затяжкой и установлена с нагружением подвижной стенки (тарелки клапана) усилием раскру" чивания 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 спорой пружины и выполнен поворотным, На нем установлена шестерня 14, входящая в зацепление с шестерней 15, а последняя расположена на общей оси с рычагом 1 б,связанного с одним концом датчика температуры,выполненного в виде неохлаждаемого стержня 17 и прикрепленного другим58919 концом к неохлаждаемому участку гаэоприемного патрубка, Шестерни 11, 15 и рычаг 16 образуют механизм изменения затяжки, причем рычаг 16 служит перемещающейся деталью, связанной с5 датчиком температуры. Шестерни с рычагами представляют собой передацу между управляющим органом датчика и приводом клапана, При этом датчик выполнен заодно с управляющим органом.Спиральная пружина (фиг.3) установлена 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 (церез канал 20), а с 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 перекрытия 23. Последний выполнен в виде поворотной заслонки, ось 2 ч которой связана с датчиком 25 температуры, в виде биметаллической пластины (фиг.3).З 5В этом случае привод выполнен пневматическим, а управляющий орган датчика выполнен в виде органа перекрытия (заслонки) 23. Привод клапана (фиг.ч) снабжен сервомеханиэмом 26, выполненным в виде поршневого сервомотора 27, подключенного к источнику 28 давления и магистрали 29 слива жидкости через45 золотник 30, Шток 31. последнего свя" зан подвижной диафрагмой 32, которая нагружена с одной стороны давлени" ем наддува воздуха, поступающего по каналу 20, а с другой " уравно" вешена пружиной 33. Шток золотника дополнительно связан с второй подвижной диафрагмой 3 ч, которая также нагружена давлением наддува и усилием дополнительной пружины 35, Од-нако в канале 36, сообщающий полость 37 с каналом 20, ограниченную мембраной, установлен запорный ор 866ган (клапан) 38, связанный с датчиком 25 температуры,Датчик и передача между его управляющим органом могут быть любой конструкции, однако во всех случаяхЮони выполняют функции обратной связи.В частности, все описанные варианты обеспечивают коррекцию моментаоткрытия магистрали перепуска в зависимости от значения температуры отработавших газов перед турбокомпрессором,В процессе работы двигателя отработавшие газы поступают через коллектор 2 в газоприемный патрубок 5турбокомпрессора и расширяясь налопатках турбины отдают свою энергию, которая преобразуется в колесе компрессора в энергию сжатого воздуха, Сжатый воздух через воздухонапорный патрубок поступает в ресивер3 для наддува двигателя и по путиможет быть охлажден в воздухоохладителе 39,По мере увеличения нагрузки надвигатель давление отработавших:га"эов в газоприемном корпусе и давление наддувочного воздуха в воздухонапорном патрубке растет. Соответственно увеличивается сила давления,действующая на подвижную стенку, которая либо выполнена заодно с тарел"кой 10 клапана, подверженного давлению газов в газоприемном патрубкетурбокомпрессора (фиг,1), либо напромежуточную стенку 18, нагруженнуюдавлением воздуха в воздухонапорномпатрубке (фиг. 3), либо на диафрагму 32 (фиг.4),Когда сила давления превыситусилие уравновешивающей пружины клапан 9 откроется, и магистраль 7 сообщит между собой гаэоприемный 5 и выхлопной 8 патрубки, обеспечивая пере.пуск отработавших газов мимо турбокомпрессора, Перепускаемые газй несовершают работу, что снижает давление наддува по сравнению с тем значением, которое развивал бы нерегулируемый турбокомпрессор,Количество перепускаемых газов зависит от проходного сечения клапана.Порог срабатывания клапана во всехпредставленных вариантах зависит отзатяжки пружины, Поэтому во всех представленных вариантах устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде дат 7891986чика температуры, размещенным в газоприемном патрубке, и передачей между управляющим органом датчика и приводом клапана.Датчик температуры (фиг. 1) выполненный в виде неохландаемого стержня 17. В процессе повышения температуры стержень удлиняется относительно охлаждаемого участка патрубка иповорачивает рычаг 16, который установлен на общей оси с шестерней 15,При этом одновременно поворачивается шестерня 11, выполненная заоднос поворотной опорой, к которой прикреплен конец спирали, образующейпружину 11, По мере удлиненйя стержня степень закрутки пружины возрастает, и порог срабатывания клапанаувелицивается, а проходное сечениеуменьшается. Порог срабатывания изакон открытия можно регулировать,длиной рычага 16 и передаточным отношением шестерен. Механизм изменения затлжки варьированием высоты пру"жины. Там же показан вариант выпол"нения датцика температуры в видебиметаллической пластины приведенына фиг.3. По мере повышения темпе-.ратуры пластина 25 прогибается ипосле достижения заданной величины30деформации, например, после того,как будет преодолено усилие уравновешивающей прунины (не показана),повернет кинематицески связанную сней ось 24 и соответственно заслонку 23, Сжатый наддувочныи воздухч 35по обводному каналу 22 поступит вдополнительную полость 21 и уменьяит затяжку " пружины. В этом случаемомент открытия клапана 9 и проход 40ное сечение после его открытия зависит от положения заслонки (органаперекрытия) 23. То есть в этомслучае возможность перепуска и коли-чество перепускаемых газов также45зависят и от их температуры.В случае применения сервопривода(фиг.), открытие клапана 9 произойдет только в том случае, когда силадавленил сжатого поддувоцнсго воздуха, действующая на диафрагму 32.,50превысит усилие затяжки пружины 33,В этом случае шток 31 золотника 30переместится вверх, рабоцал жидкостьпоступит от источника давления 28в подпоршневую полость сервомотора 27 и появится возможность сливаэтой жидкости из надпоршневой полости .в магистраль слива 29, После па" дения давления пружина 33 переместит шток вниз и. клапан 9 закроется. Длл изменения степени затяжки пру" жины 33 предусмотрена дополнительнал 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 снизит усилие предварительной затяжки пружины 33. То есть и в этом случае порог срабатывания клапана 9 и степень его открытия зависят от температуры,Применение изобретения позволяет искпюцить возможность работы двигателя с высокой тепловой напряженностью и тем самым обеспечивает повышение его эксплуатационной надежности.формула изобретения1. Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащеепо меньшей мере один турбокомпрессор,установленный в газовоздушном трактеи сообщенный с коллектором выпускаотработавших газов двигателя при помощи газоприемного патрубка и с воздушным,ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в нейтарельчатый клапан, снабженный приводом от датчика давления, установленного в гаэовоздушном тракте,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения эксплуатационнойнадежности двигателя, устройстводополнительно снабжено механизмомобратной связи, выполненным в видедатчика температуры, размещенногов гаэоприемном патрубке, и передачи между управляющим органом датчика и приводом клапана,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приводклапана выполнен в виде подвижнойстенки, нагруженной давлением вгазовоздушном тракте и уравнове-шенной усилием спиральнои пружины с регулируемой затяжкой, а датчик температуры подсоединен к891986 механизму изменения затяжки пружины.3 е Устройство ПО ппе 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что подвиж ная стенка привода выполнена заоднос тарелкой клапана,Устройство по п.2, о т л и ч а" ю щ е е с я тем, что спиральная пружина установлена с воэможностью нагружения подвижной 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, о т л и ч а" ю щ е е с я тем, что спиральная пружина установлена с возможностью изменения ее высоты и механизм изменения затяжки выполнен в виде подвижной стенки полости, сообщенной с воэдухонапорным патрубком при помощи канала, снабженного органом перекрытия, соединенным с датчиком температуры. 106. Устройство по п.1, о,т л и ч аю щ е э с я тем, что привод клапана снабжен сервомеханизмом и датчик температуры подключен к сервомеха-низму./. Устройство по пп.1-6, о т л и".ч а ю щ е е с я тем, что газопри" емный патрубок выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, а датчик 10, температуры выполнен в виде неохлаж-даемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждающему участку патрубка и связанного вторым концом при помощи перемещаемой детали с приводом 15 клапана. 8. Устройство по пп, 1-6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчик температуры выполнен в виде биметалли 2 в ческой пластины.Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ю 4098085,кл. 60-600 1978.8919 8 б азаров оррек 49 Тираж 584 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушскал наб., д е щ и