Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет повысить эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания на частичных и переходных режимах работы. Двигатель содержит турбокомпрессор (ТК) 1, приводной нагнетатель (Н) 2, задатчик 3 режима работы и электронный выключатель муфты 5. ТК 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 к выпускному коллектору 16. Н 2 кинематически связан через муфту 5 с валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал 21 к впускному ресиверу 13. Наддув двигателя 14 с помощью ТК 1 осуществляется при больших нагрузках двигателя (в диапазоне 70-100% полной нагрузки). При снижении нагрузки ниже 70% ТК 1 отключается. Совместная работа на режимах разгона ТК 1 и Н 2 позволяет устранить дефицит воздухоснабжения в период раскрутки ТК 1. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ,СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

И9> Ш>

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4279604/25-06 (22) 09.07.87 . (46) 30.10,89. Бюл. Р 40 (71) Центральный научно-исследовательский автомобильный полигон "НАМИ" (72) В.Ф.Кутенев, А.П.Гусаров, А.Н.Семенихин, Л,М.Тартаковский и В.А,Тюльнев (53) 62 1.43.05(088.8) (56) Заявка ФРГ Р 3205721, кл. F 02 В 37/14, опубл. 1983. (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

С НАДЦУВОМ (57) Изобретение позволяет повысить зффективные показатели двигателя внутреннего сгорания на частичных и переходных режимах работы. Двигатель содержит турбокомпрессор (ТК) 1, придан 4 1 02 D 23/00 1 02 В 37/00

2 водной нагнетатель (H) 2 „задатчик 3 режима работы и электронный выключа . тель муфты 5. ТК 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 12 к впускному ресиверу 13 двигателя 14 и через газоприемное отверстие 15 к выпускному коллектору 16 ° Н 2 кинематически связан через муфту 5 с валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал- 21 к впускному ресиверу 13. Наддув двигателя 14 с помощью ТК 1 осуществляется при больших нагрузках двигателя (в диапазоне

70-100Х полной нагрузки). При снижении нагрузки ниже 707 ТК 1 отключается. Совместная работа на режимах разгона ТК 1 и Н 2 позволяет устра- @ нить дефицит воздухоснабжения в период раскрутки ТК 1 ° 4 ил, С:

1518559

Изобретение относится к машино= строению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с регу5 лируемым турбонаддувом..

Целью изобретения является повышение эффективных показателей на частичных и переходных режимах двигателя, а также повышение топливной экономичности и уменьшение дымности от1 работавших газов путем улучшения диt намических 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 вклю- 20 чателя.

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- 35 татель 2 кинематически связан через фту 5 с коленчатым валом 20 двигателя 14 и подсоединен через воздухонапорный канал 21 к впускному ресиверу 13. Электронный включатель 4 40 муфты 5 снабжен связанными межцу соОой при помоци электрической цепи усилителем 22, формирователем 23 импульсов и блоком 24 питания, из ко45 торых формирователь 23 импульсов подключен к магнитоэлектрическому датчику 25 частоты вращения вала 20.двигателя 14, а усилитель 22 — к муфте 5 привода нагнетателя 2, 1

I 50

Впускной канал 18 турбокомпрессора 1 выполнен с заслонкой 26, а электронный включатель 4 муфты 5 выполнен с блоком 27 логики. Газовыпускной канал 6 подсоединен к газоприемному отверстию 15 турбокомпрессора 1 и сообщен с атмосферой. Орган 9 перекрытия газовыпускного канала 6 подключен к задатчику 3 режима работы. 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-HE 38 и 39, генератор 40, формирователь 41 сигнала "3aпись", 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 и) (например, 600 мин ) до средней частоты вращения д„ (например, 1600 мин ) коленчатого вала

20 и при его ускорении, превышающем заданную пороговую величину (пример-2 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 - 100X от полной нагрузки). При снижении на5 151855 грузки ниже 70Х турбокомпрессор 1 отключается. При отключении турбоком,прессора 1 и нагнетателя 2 воздух в цилиндры двигателя 14 подается из ат5 мосферы в обход компрессора турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2, при этом при отключении турбокомпрессора i полностью отключается подача отработавших газов íà его турбину. Указан- 10 ное обстоятельство обуславливает уменьшение потерь на гаэообмен, Совместная работа на режимах разгона турбокомпрессора 1 и нагнетателя 2 позволяет устранить дефицит воздухс- 15 снабжения в период раскрутки турбокомпрессора 1. 11ри последующем быстром выключении нагнетателя 2 возможность скачкообразного изменения мощности исключается, так как при часто- 20 те вРацениЯ магм,г с тУРбокомпРессоР 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 магни-30 тоэлектрического 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 прямоугольныгг сигнал с помощью формирователя 23 импульсов. Далее информация о частоте вращения поступает на блок

27 логики. Блок 27 логики электрон- 40 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, 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 промежуток времени Т, (период измерения) определяет количество генерированных датчиком 25 импульсов, что указывает на количество оборотов коленчатого вала 20 двигателя 14, По 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 урбвень "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 сигналов Запись

11Сравнение". 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 Тазг. Этот результат увеличивается сумматором 30 на величину йш, 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 åT

Ль ). По окончании периода измерения происходит сравнение коггпаратором 33 количества импульсов, поступивших за текущий период (вход А), и количества импульсов за предыдуций период плюс величина ьг г (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 диапазоBB т г мин (600 об,/мин) до согдкс (1600 об. /ггин) осуцествляется компараторами 31 и 32, На входах А этих компараторов устанавливается двоичHbBI код, соответствуюций г „„„, (К1) и ггпу (К2) . В конце периода измеремдкс ния производится сравнение двоичного кода на выходе счетчика 28 (что является эквивалентом измеренной частоты вращения), установленного на входах

1518559

B и кодов od ы,„„„.. При измеренНой частоте вращения выше а щи„.на выходе компаратора 31 устанавливается уровень "1". При измеренной частоте вращения нижей щ„„ на выходе компараS тора 32 устанавливается уровень логической 1". Сигналы с компараторов

31 — 33 поступают на схему И-НЕ 38, выполняющую функции объединения сигналов и выработки результирующего

1О сигнала. Если укаэанные сигналы являются "1"; то это означает выполнение условий для включения муфты 5. Если же хоть один из сигналов равен "0", 15 то это указывает на,невыполнение условий для включения муфты 5. Указанные сигналы компараторов 31 — 33 рассматриваются во время действия управляющего сигнала 11Сравнение". Этот сигнал разрешает запись результата

20 анализа режима работы двигателя (выход схемы 38) в триггер 34, который и хранит результат до конца следующего периода измерения Т,„ .

При поступлении на муфту 5 сигнала о включении она соединяет шкив привода нагнетателя 2 с коленчатым валом 20 двигателя 14. Под действием возникающего разрежения на входе в

30 нагнетатель 2 орган 10 перекрытия поднимается, и воздух из атмосферы через воздухоочиститель 17 по обводному трубопроводу 7 поступает к работающему нагнетателю 2 и далее по воздухонапорному каналу 21 во впускной ресивер 13 двигателя 14 ° При этом орган 11 перекрытия и заслонка 26 под действием собственного веса опускаются, перекрывая подачу воздуха по перепускному трубопроводу 8 и впускно- 40 му каналу 18. При достижении двигате.лем 14 средней частоты коленчатого вала 20 или при выходе его на установившийся режим, или при замедлении вала 20 электронный включатель 4 муф- 45

% ты 5 отключает привод нагнетателя 2, орган 10 перекрытия под действием собственного веса опускается, перекрывая о бводной трубопровод 7. На режимах, близких к,полной нагрузке, 50 благодаря связи задатчика 3 режима работы двигателя 14 с органом 9 пере- крытия, последний устанавливается в положение, при котором газовыпускной канал 6 перекрыт. Отработавшие газы из цилиндров двигателя 14, пройдя через его выпускной коллектор 16 и 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 отверстию 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. Пол ное 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 нагнетач 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 этом

1518559 расположение органа 10 перекрытия заслонки 26 перед турбокомнрессором 1 и нагнетателем 2 в трубопроводе 7 и в канале 18 и, как следствие

:этого, наличие аккумулирующих полостей в.зонах трубопроводов, прилегающих к турбокомпрессору 1 и нагнетателю 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.

Повышению 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 сгорания с наддувом, содержащий турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок к впускному ресиверу двигателя и через газоприемное отверстие - к выпускному коллектору и сообщенный через воздухоочиститель во впускном канале и газовыпускное отверстие с атмосферой, приводной нагнетатель, кинематически связанный через муфту с коленчатым валом

15 двигателя и подсоединенный через воздухонапорный канал к впускному ресиверу, задатчик режима работы двигателя и электронный включатель муфты, снабженный связанными между собой при помощи электрической цепи и уси20 лителей формирователем импульсов и блоком питания, из которых формирователь импульсов подключен к датчику частоты вращения вала двигателя, а усилитель — к муфте привода нагнетателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективных показателей на частичных и переходных режимах, двигатель дополнительно

30 снабжен газовыпускным каналом, обводным и перепускным воздушными трубопроводами и органами их перекрытия, впускной канал.турбокомпрессора выполнен с заслонкой, электронный включатель муфты выполнен с блоком логики, причем газовыпускной канал подсоединен к газоприемному отверстию турбокомпрессора и сообщен с атмосферой, орган перекрытия газовыпускного канала подключен к задатчику режима рабо40 ты, обводной воздуыный трубопровод подсоединен к впускному отверстию приводного нагнетателя и к воздухоочистителю, перепускной воздушный трубопровод подключен к впускному каналу и к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора, а блок логики элект-, ронного включателя установлен в электрической цепи электронного включателя.между формирователем импульсов

50 и усилителем.

1518559

1518559

Составитель В.Козлов

Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор M.Ûàðoíè

Подписное

Заказ 6585/40

Тираж 482

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101