Устройство для наддува v-образного двигателя внутреннего сгорания

Устройство для наддува v-образного двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет улучшить компоновку системы наддува на V-образном двигателе внутреннего сгорания. Устройство содержит впускные коллекторы, подсоединенные к впускным отверстиям цилиндров и расположенные в развале между блоками. Каждый впускной коллектор подключен ко всем цилиндрам каждого блока. Устройство содержит также турбокомпрессор, установленный на одном из торцов кар'тера и снабженный однозаходной улиткой компрессора, примыкающей к впускным коллекторам. Воздухонапорный патрубок улитки компрессора повернут вниз в сторону картера двигателя и подсоединен через плавающий фланец с уплотняющим резиновым кольцом к переходному патрубку. Переходной патрубок крепится к картеру двигателя, являясь опорой корпуса турбокомпрессора. Переходной патрубок своим вторым концом (выходным отверстием) ориентирован наружу развала блока цилиндров и к этому выходному отверстию подключен трубопровод подачи наддувочного воздуха, установленный снаружи и сбоку картера под развалом блока цилиндров. Трубопровод проходит сбоку через иесь двигатель и подсоединен с другого торца картера двигателя к впускным коллекторам, объединяющим в каждом из блоков все цилиндры двигателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.•^ёИзобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройствам для наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС).Одним из эффективных способов првы^ шения мощностных и экономических показателей ДВС является, как известно, наддув, т.е. подача в цилиндры двигателя на такте впуска воздушного заряда под избыточным давлением по отношению к атмосферному.Преимущественное распространение на ДВС получил газотурбинный наддув, при котором повышение давления воздушного заряда осуществляется путем его сжатия в компрессорной ступени (центробежной или осевой), объединенной с турбинной ступенью в единый агрегат - турбокомпрессор.Турбинная ступень использует энергию продолженного расширения отработавших газов наддуваемого двигателя, повышая его мощностные показатели и улучшая топливную экономичность за счет положительной5Ю Ю>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)5 F 02 В 37/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О 4 (21) 4790975/06 (22) 29.12.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Барнаульский завод транспортного машиностроения им. В.И.Ленина (72) B.Á.Ïóøêàðåâ и Ю.B,Êàðìàíîâ (53) 621.43 (088.8) (56) Симсон А.Э., Каминский В.П. и др. Турбонаддув высокооборотных дизелей.— М,:

Машиностроение, 1976.

Портнов Д,А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия.— М.: Машгиз, 1963, с. 577, фиг.347.

Авторское свидетельство СССР

hL 11227766884422, кл. F 02 В 37/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА V-ОБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ (57) Изобретение позволяет улучшить компоновку системы наддува íà V-образном двигателе внутреннего сгорания. Устройство содержит впускные коллекторы, подсоединенные к впускным отверстиям цилиндров и расположенныЕ в развале межИзобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройствам для наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВ С).

Одним из эффективных способов повы шения мощностных и экономических показателей ДВС является, как известно, наддув, т.е. подача в цилиндры двигателя на такте впуска воздушного заряда под избыточным давлением по отношению к атмосферному. ду блоками. Каждый впускной коллектор подключен ко всем цилиндрам каждого блока. Устройство содержит также турбокомпрессор, установленный на одном из торцов картера и снабженный однозаходной улиткой компрессора, примыкающей к впускным коллекторам. Воздухонапорный патрубок улитки компрессора повернут вниз в сторону картера двигателя и подсоединен через плавающий фланец с уплотняющим резиновым кольцом к переходному патрубку, Переходной патрубок крепится к картеру двигателя, являясь опорой корпуса турбокомпрессора. Переходной патрубок своим вторым концом (выходным отверстием) ориентирован наружу развала блока цилиндров и к этому выходному отверстию подключен трубопровод подачи наддувочного воздуха, установленный снаружи и сбоку картера под развалом блока цилиндров, Трубопровод проходит сбоку через весь двигатель и подсоединен с другого торца картера двигателя к впускным коллекторам, объединяющим в каждом из блоков все цилиндры двигателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. еюй

Преимущественное распространение на ДВС получил газотурбинный наддув, при котором повышение давления воздушного заряда осуществляется путем его сжатия в компрессорной ступени (центробежной или осевой), объединенной с турбинной ступенью в единый агрегат- турбокомпрессор.

Турбинная ступень использует энергию продолженного расширения отработавших газов наддуваемого двигателя, повышая его мощностные показатели и улучшая топливную экономичность за счет положительной

1710799 работы насосных ходов ДВС при газообмене. Другим преимуществом газотурбинного наддува является отсутствие кинематической связи между вращающимися частями турбокомпрессора и наддуваемым двигателем, что расширяет компоновочные возможности по размещению агрегата наддува на двигателе.

Агрегат наддува — турбокомпрессор имеет габаритные размеры, соизмеримые или превосходящие размеры других навес-. ных узлов и агрегатов двигателя.

В этой связи установка турбокомпрессора на двигателе, как правило, приводит к заметному увеличению габаритных размеров ДВС и, в ряде случаев, к существенному росту протяженности газовых и воздушных магистралей, Турбокопрессор, расположенный полностью или частично за габаритами наддуваемого двигателя, ухудшает его строительные формы, что в ряде случаев затрудняет размещение двигателя с турбонаддувом в отведенном ему силовом отсеке, а также ухудшает его весогабаритные показатели., Таким образом, установка турбокомпрессора на ДВС нуждается в дальнейшем совершенствовании, Одним из известных решений повышения компактности системы газотурбинного наддува, преимущественно для двублочных многоцилиндровых двигателей с V-образным расположением блоков цилиндров и с впускными коллекторами, расположенными внутри развала, является установка турбокомпрессора между блоками двигателя. .Такое размещение турбокомпрессора осуществляется сравнйтельно легко, если у Vобразного двигателя угол развала между блоками составляет 90 и более.

Однако задача размещения турбокомпрессора существенно усложняется, если угол развала между блоками составляет менее 90 „например 60, Известно устройстьо для наддува ДВС, в котором турбокомпрессор размещен на двигателе с углом развала между блоками менее 90 .

Ъ

Известное устройство содержит турбокомпрессор, установленный между блоками цилиндров, с улиткой компрессора, подсоединенной патрубками отвода сжатого воздуха к впускным коллекторам блоков цилиндров, также расположенным между блоками цилиндров. Каждый впускной коллектор выполнен объединяющим впускные окна всех цилиндров блока. Выпускные коллекторы подсоединены посредством газовой магистрали к турбинной ступени урбокомпрессора. При работе турбокомпрессора воздух, сжатый в компрессорной ступени, из улитки компрессора поступает в каждый коллектор, объединяющий цилиндры блока.

Недостатками известного устройства для наддува является то, что устройство увеличивает общую высоту двигателя, имеет низкую компактность, не вписывается в габариты двигателя, так как впускные коллек10 торы последнего, размещенные внутри

55 развала, практически не оставляют места для установки турбокомпрессора между блоками цилиндров, вытесняя его наверх из развала в пространство над двигателем.

Известно устройство для наддува ДВС, содержащее впускные коллекторы, размещенные в развале блока цилиндров, выхлопные коллекторы, расположенные снаружи блока цилиндров, и турбокомпрессор, установленный своим корпусом на одном торце картера двигателя и сообщенный газоприемными патрубками улитки турбины с выпускными коллекторами, а воздухонапорными патрубками улитки компрессора с впускными коллекторами, Такое известное устройство позволяет существенно. увеличить компактность размещения турбокомпрессора на двигателе, снизить гидравлические потери в газовоздушных трактах и повысить эффективность

ДВС.

Недостатком известного устройства является отсутствие четкого пространственного разделения между улиткой компрессора и впускными коллекторами двигателя, так как по меньшей мере одИн цилиндр каждого блока двигателя подсоединен через разъемное соединение непосредственно к улитке компрессора, минуя всасывающий коллектор. Этот недостаток, помимо трудности размещения этого разъемного соединения, не позволяет также разместить между компрессорами и всасывающими коллекторами охладитель наддувочного воздуха, если в устройстве предусмотрено его охлаждение.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому резул ьтату к и редла гае мому устройству является устройство для наддува

ДВС, содержащее турбокомпрессор, впускные коллекторы и воздухонапорные трубопроводы. Турбокомпрессор установлен на одном торце развала блока цилиндров и снабжен улиткой компрессора с воздухонапорным патрубком. Впускные коллекторы подсоединены к впускным отверстиям цилиндров одного блока, размещены в развале блоков цилиндров и каждый из них выполнен заодно с одним из воздухонапор 1710799

15

55 ных трубопроводов в виде одного цилиндрического канала, разделенного перегородкой. Воздухонапорные трубопроводы размещены в развале блоков цилиндра, подключены каждый к отдельному патрубку улитки компрессора. Наличие указанной выше перегородки позволяет весь воздух, сжатый в компрессоре, подать по отводному трубопроводу в цилиндры, сохраняя установку турбокомпрессора на другом торце блока компактной.

Недостатком известного устройства

- для наддува ДВС является размещение в развале между. блоками цилиндров по меньшей мере двух дополнительных трубопроводов, идущих параллельно впускным коллекторам через весь двигатель на другой торец.

Если учесть, что в развале между блоками цилиндров V-образного двигателя размещается, как правило, топливный насос высокого давления, то установка дополнительных трубопроводов вместе с впускными коллекторами создает трудности в их взаимном расположении в развале двигателя.

Указанное обстоятельство при соблюдении условия размещения трубопроводов в габарите двигателя приводит к уменьшению диаметров воздушных магистралей или увеличению габаритных размеров устройства и снижению компактности компоновки.

Цель изобретения — уменьшение габаритов и улучшение компоновки устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для наддува V-образного двигателя внутреннего сгорания, содержащее впускные коллекторы, расположенные в развале блоков цилиндров, выхлопные коллекторы, расположенные снаружи блоков цилиндров, и турбокомпрессор, корпус которого установлен на один из торцов карчера двигателя в развале блоков цилиндров, улитка турбины которого размещена за габаритами блоков цилиндров и сообщена газоприемными патрубками с выхлопными коллекторами, и воздухонапорный патрубок улитки компрессора, соединенный с впускными коллекторами, снабжено переходным патрубком и трубопроводом подачи наддувочного воздуха, расположеннйми . между воздухонапорным патрубком уЛитки компрессора и впускными коллекторами, переходной патрубок выполнен в виде опоры корпуса турбокомпрессора, установлен между последним и картером двигателя, сообщен входным отверстием с воздухонапорным патрубком улитки компрессора и ориентирован выходным отверстием наружу развала блока цилиндров, воздухонапорный патрубок улитки компрессора повернут

50 в сторону картера двигателя и внутрь развала блока цилиндров; а трубопровод подачи наддувочного воздуха установлен снаружи и сбоку картера под развалом блока цилиндров, подключен к выходному отверстию переходного патрубка и подсоединен с другого торца картера двигателя к впускным коллекторам, в трубопровод подачи наддувочного воздуха включен охладитель наддувочного воздуха.

На. фиг.1 показано устройство для наддува ДВС, вид с торца; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг.3- то же, вид сбоку; на фиг.4 — то же, разрез по отводу воздуха от,турбокомпрессора.

Устройствб содержит впускные коллекторы 1 и 2, подсоединенные к впускным отверстиям 3 и 4 цилиндров 5 и 6, расположенные в развале между блоками 7 и 8

Каждый впускной коллектор подключен ко всем цилиндрам каждого блока. Устройство содержит также турбокомпрессор 9, установленный на одйом из торцов картера 10 и снабженный однозаходной улиткой 11 компрессора, примыкающий к впускным коллекторам 1 и 2. Воздухонапорный патрубок

12 улитки 11 компрессора повернут вниз, в сторону картера 10 двигателя и подсоединен через плавающий фланец 13 с уплотняющим резиновым кольцом 14 к переходному патрубку 15. Переходной патрубок 15 (фиг.4) крепится к картеру 10 двигателя, являясь опорой корпуса турбокомпрессора 9. Переходной патрубок

15 своим вторым концом (выходным отверстием) ориентирован наружу развала блоков 7 и 8 цилиндров и к этому выходному отверстию подключен трубопровод 16 подачи наддувочного воздуха, установленный снаружи и сбоку картера 10 под развалом блока цилиндров. Трубопровод 16 проходит сбоку через весь двигатель и подсоединен с другого торца картера двигателя к впускным коллекторам 1 и 2, объединяющим в каждом из блоков все цилиндры двигателя. В трубопровод 16 может быть включен (фиг.3) охладитель, наддувочного 17 воздуха.

Турбинный газовый тракт при этом остается аналогичным известному, что позволяет со- хранить его компактное размещение на двигателе. В нем сохраняется двухзаходная улитка турбины 18, которая двумя своими газоприемными патрубками через упругие компенсаторы-сильфоны 19 и газовые трассы 20 подключена к выхлопным коллекторам 21 двигателя, каждый из которых объединяет все цилиндры каждого блока.

Устройство работает следующим образом.

1710799

50

Воздух засасывается компрессором и через воздухонапорный патрубок 12 подается к впускным коллекторам. 1 и 2, проходя через переходной патрубок 15 и трубопровод 16 подачи наддувочного воздуха. Из впускных коллекторов воздух распределяется по, цилиндрам двигателя. Отработавшие газы из цилиндров по отдельным выхлопным коллекторам направляют в двухзаходную турбину, которая приводит во вращение компрессор.

Таким образом, предлагаемое решение по установке турбокомпрессора в развале

V-.,îáðàçíîãî двигателя с углом развала между блоками менее 90, на одном из его торцов, в условиях габаритных ограничений позволяет разместить турбокомпрессор с минимальным увеличением габаритных размеров по высоте, а также и по длине наддуваемого двигателя, обеспечить автономность установки турбокомпрессора, обеспечить объединение всех цилиндров каждого блока впускным коллектором с обеспечением coo автономной установки, разместить охладитель наддувочного воздуха в габаритах двигателя и обеспечить автономность его монтажа и демонтажа, расширить сферу применения газотурбинного наддува, особенно для модернизируемых двигателей, так как в силу возможных габаритных ограничений установка агрегатов надува и газовоздушных коммуникаций была невозможна, Использование устройства для наддува

ДВС позволяет расширить область применения двигателей с газотурбинным наддувом ДВС для тех случаев, когда ранее они не могли быть использованы ввиду габаритных ограничений, и позволяет получить значительный экономический эффект.

Формула изобретения

1. Устройство для наддува Ч-образного двигателя внутреннего сгорания, содержащее впускные коллекторы, расположенные

5 в развале блока цилиндров, выхлопные коллекторы, расположенные снаружи блока цилиндров, и турбокомпрессор, корпус которого установлен на одном из торцов картера двигателя в развале блока цилинд10 ров. а улитка турбины которого размещена за габаритами блока цилиндров и сообщена газоприемными патрубками с выхлопными коллекторами, и воздухонапорный патрубок улитки компрессора соединен с впускными

15 коллекторами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения компоновки, оно снабжено переходным патрубком и трубопроводом подачи наддувоч ного воздуха, расположенными между воздухонапорным

20 патрубком улитки компрессора и впускными коллекторами, переходной патрубок выполнен в виде, опоры корпуса турбокомпрессора, установлен между последним и картером двигателя, сообщен

25 входным отверстием с воздухонапорным патрубком улитки компрессора и ориентирован выходным отверстием наружу развала блока цилиндров, воздухонапорный патрубок улитки компрессора повернут в сторону

30 картера двигателя и внутрь развала блока цилиндров, а трубопровод подачи наддувочного воздуха установлен снаружи и сбоку картера под развалом блока цилиндров, подключен к выходному отверстию пере35 ходного патрубка и подсоединен с другого торца картера двигателя к впускным коллекторам.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в трубопровод подачи наддувоч40 ного воздуха включен охладитель наддувочного воздуха.

1710799

1710799

1710799

50

Составитель Н.Лапуш кин

Редактор H.Tóëèöà Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

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

Заказ 322 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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