Способ работы дизеля с турбонаддувом и дизель с турбонаддувом

Способ работы дизеля с турбонаддувом и дизель с турбонаддувом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к дизелям с турбонаддувом автотракторного значения. Сущность изобретения: способ работы дизеля заключается в том, что при работе на режимах с неполной нагрузкой одновременно осуществляется перепуск воздуха из цилиндров JBO впускной коллектор на такте сжатия и более ранний выпуск отработавших газов из цилиндров в выпускной коллектор на такте расширения. Дизель с турбонаддувом для осуществления предлагаемого способа работы содержит механизм изменения фазы выпуска с кулачковым валиком 1 газораспределения , штоками 3. имеющими прямые 11 и косые 12 кромки, гидравлическими полостями 4 и с отверстиями 5 для подвода масла, промежуточные элементы 6, взаимодействующие через коромысла 7 с впускными клапанами 8, и механизм изменения момента начала выпуска отработавших газов с кулачковым валиком 1 газораспределения , толкателями 16, имеющие прямые 24 и косые 25 кромки, гидравлическими полостями 17 с отверстиями 18 для подвода масла и промежуточными клапанами 21. При уменьшений подачи топлива штоки 3 поворачиваются вокруг своей оси, изменяя тем самым момент закрытия впускных клапанов 8 в сторону более позднего закрытия клапанов . При уменьшении давления наддува толкатели 16 поворачиваются вокруг своих осей, изменяя тем самым момент открытия выпускных клапанов 21 в сторону более раннего открытия клапанов, 2 с.п. ф-лы, 9 ил. Ъ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (st}s F 02 В 29/08

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899440/06 (22) 08.01.91 (46) 15.04,93. Бюл. М 14 (75) И.В.Леонов, В,А.Марков, А,Б.Асбель и

Д.И.Леонов (56) Патент Великобритании

М 1592133, кл F 02 0 29/08. 1981 (54) СПОСОБ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ И ДИЗЕЛЬ С ТУРБОНАДДУВОМ

k (57) Изобретение относится к двигателестроению, а именно к дизелям с турбонаддувом автотракторного значения. Сущность изобретения: способ работы дизеля заключается в том, что при .работе на режимах с неполной нагрузкой одновременно осуществляется перепуск воздуха из цилиндров ,во впускной коллектор на такте сжатия и более ранний выпуск отработавших газов из цилиндров в выпускной коллектор на такте расширения. Дизель с турбонаддувом для осуществления и редлагаемого способа ра„„5U 1809136 А1 боты содержит механизм изменения фазы выпуска с кулачковым валиком 1 газораспределения, штоками 3. имеющими прямые

11 и косые 12 кромки, гидравлическими полостями 4 и с отверстиями 5 для подвода . масла, промежуточные элементы 6, взаимо. действующие через коромысла 7 с впускными клапанами 8, и механизм изменения момента начала выпуска отработавших газов с кулачковым валиком 1 газораспределения, тол кателями 16, имеющие прямые 24 и косые 25 кромки, гидравлическими поло- стями 17.с отверстиями 18 для подвода масла и промежуточными клапанами 21, При уменьшенйи подачи топлива штоки 3 поворачиваются вокруг своей оси, изменяя тем самым момент закрытия впускных клапанов

8 в сторону более позднего закрытия клапанов. При уменьшении давления наддува топкатеви 16 повораииваютсв вокруг своих осей, изменяя тем самым момент открытия выпускных клапанов 2 t в сторону более раннего открытия клапанов, 2 с.п. ф-лы, 9 ил.

1809136

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автотракторных дизелях с турбонаддувом.

Цель изобретения — повышение качества процесса сгорания и экономичности дизеля на режиме с неполной нагрузкой и улучшение динамических качеств дизеля.

На фиг, 1 представлена зависимость положения рейки топливного насоса (нагрузки) от частоты вращения дизеля, характеризующая поле возможных режимов работы дизеля; на фиг, 2 — зависимость коэффициента йзбйткз воздуха от положения рейки топливного насоса при постоянной частоте вращения дизеля; на фиг. 3 — 15 зависимость коэффициента избытка воздуха от частоты вращения при работе дизеля по внешней скоростной характеристике; на фиг, 4 — зависимость эффективного КПД от . коэффициента избытка воздуха при посто- 20 янной частоте вращения дизеля; на фиг. 5— целесообразный закон изм.енения угла окончания впуска воздуха в цилиндры двигателя (фазы впуска) в зависимости от положения рейки топливного насоса; на фиг, 6— целесообразный закон изменения угла на чала выпуска отработавших газов из цилиндров дизеля (опережения момента начала выпуска} в зависимости от давления наддува, на фиг. 7-9 — принципиальная схема 30 предлагаемого дизеля с турбонаддувом.

Предлагаемый способ работы дизеля с турбонаддувом заключается в следующем.

Одним из важнейших параметров, характеризующих протекание рабочего процесса 35 дизеля является воздушно-топливное соотношение. Соотношение подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, равным а =98/(9т-L), гдец и9т-цикловые 40 подачи воздуха и топлива, — количество воздуха, теоретически необходимое для сго. рания 1 кг топлива. Выбор оптимальной величины коэффициента избытка воздуха на эксплуатационных режимах работы дизеля 45 позволяет обеспечить на этих режимах высокие индикаторные показатели, характеризующие качество рабочего процесса двигателя.

При разработке комбинированного дви- 50 гателя внутреннего сгорания характеристики турбокомпрессора подбираются таким образом, чтобы на режиме с номинальной частотой вращения и полной нагрузкой(точка а, на фиг. 1) обеспечивалось оптимальное 55 воздушно-топливное соотношение. Но при снижении подачи топлива или уменьшении частоты вращения дизеля происходит рассогласование характеристик дизеля и турбокомпрессора. Снижение подачи топлива (например, по предельной регуляторной характеристике а-б, фиг. 1) приводит к тому, что уменьшаются расход Ог и энергия отработавших газов, поступающих на турбину, частота вращения ротора турбокомпрессора и давление наддува. Однако уменьшение подачи топлива по регуляторной характеристике более значительно, чем уменьшение давления наддува. В результате коэффициент избытка воздуха на режимах с частичной подачей тойлива увеличивается. На фиг. 2 представлена зависимость коэффициента избытка воздуха от положения рейки топливного насоса для дизеля Д6Н (6 Ik 15/18) при различных частотах вращения дизеля (Данилов Ф.М.

Анализ динамических свойств системы автоматического регулирования дизеля с турбонаддувом, Диссертация на соискание ученой степени канд,тех. наук, lVI.: МВТУ им.

Баумана, 1967, — 141 с.). Максимальная подача топлива соответствует положению рейки hp = 13 мм, С уменьшением hp подача топлива уменьшается, Как следует из фиг, 2 зависимость коэффициента избытка воздуха от подачи топлива достаточно ярко выражена и слабо изменяется при изменении скоростного режима работы дизеля.

Уменьшение частот вращения дизеля при работе внешней скоростной характеристике (по характеристике à-d, фиг, 1 приводит к тому, .что подача топлива в дизель изменяется сравнительно слабо (hp = Ap max= const), а расход и энергия отработавших газов через турбину турбокомпрессора и расход G воздуха через дизель значительно уменьшаются, В результате коэффициент избытка воздуха падает, Так, при работе дизеля Д6Н на режиме с номинальной частотой вращения (п HoM = 1500 мин ") и полной нагрузке (hp = 13 мм) коэффициент избытка воздуха равен a = 1,7 (фиг. 3), С уменьшением частоты вращения по внешней характеристике и уменьшается и при малых частотах вращения достигает величины а =1,2 (см, фиг. 3), что меньше предела дымления, равного a = 1,2„.1,3. При таких коэффициентах избытка воздуха поданное в цилиндры двигателя топливо сгорает не полностью, что приводит к ухудшению экономичности и к значительному увеличению дымности отработавших газов, Максимальная экономичность дизеля соответствует оптимальному воздушно-Toflливному соотношению. Снижение и увеличение и относительно оптимального для данного режима значения уменьшает эффективный КПД двигателя и увеличивает

1809136 удельный расход топлива. В дизеле Д6Н максимум эффективного КПД у + обеспечивается при а - 1,7...2,5. При частоте вращения и-1420 мин 1 уменьшение а с 2,2 до

1,5 приводит к снижению уе с 0,402 до

0,38, а увеличение а до 3,7 — к снижению дв до 0,37 (см, фиг. 4). Аналогичная закономерность прослеживается и на других скоростных режимах.

Как отмечено выше, при работе дизеля на режимах с частичной нагрузкой коэффициент избытка воздуха увеличивается и на режимах холостого хода (в точках d,е,f, фиг.

1) достигается а -6...7, Снижение а при работе на режимах с частичной нагрузкой может значительно улучшить экономичность дизеля. При зэявляемом способе работы дизеля это достигается перепуском части воздушного заряда из цилиндров во впускной коллектор при снижении подачи топлива. Управление перепуском осуществляется таким образом, что при цикловой подаче топлива закрытие впускного клапана задерживается после нижней мертвой точки (НМТ) поршня и при своем ходе сжатия поршень осуществляет регулируемый обратный перепуск воздуха из цилиндра во впускной коллектор, Это приводит к снижению количества оставшегося в цилиндре воздуха к моменту впрыска топлива, сйижению воздушно-топливного соотношения и повышению температур в цилиндре, что позволяет повысить индикаторный КПД цикла сгорания и одновременно повысить эффективный КПД за счет снижения затрат работы на сжатие меньшей величины воздушного. заряда, Анализ экспериментальных данных по дизелю 6 Ч Н 15/15 показывает, что с уменьшением подачи топлива от полной (при поло жении рейки hp=14 мм) до подачи холостого хода (hp-4 мм) по предельной регуляторной характеристике (ао характеристике а-d, фиг.

1) угол окончания впуска целесообразно изменить с 40 до 80 поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки (см. фиг.

5). Это позволяет, например, на режиме максимального холостого хода (в точке б, фиг. 1) снизить коэффициент избытка возду. ха с 6,0 до 2,5 и повысить, тем самым, топливнуюаэкономичность дизеля на этом режиме на 5 .

Квк отмечено выше, при работе дизеля по внешней характеристике и уменьшении частоты вращения коленчатого вала коэффициент избытка воздуха уменьшается вследствие уменьшения энергии и расхода отработавших газов через турбину и, следовательно, уменьшения давления наддува.

Для устранения этого недостатка на ряде дизелей используются пневматические корректоры топливоподэчи и обратные корректоры, обеспечивающие уменьшение подачи

5 топлива при частотах вращения n < b м кр

max (характеристика с-g, фиг, 1). Однако. при использовании этих корректоров ухудшаются динамические качества дизеля.

При заявляемом способе работы дизеля

10 снижение расхода воздуха через дизель, вызванное снижением частоты вращения дизеля или нагрузки, усугубляется снижением расхода воздуха через дизель, вызванным перепуском воздуха иэ цилиндров so впуск15 ной коллектор на такте сжатия при снижении нагрузки, В результате уменьшается энергия и расход отработавших газов через турбину и частота вращения турбокомпрессора падает, Это приводит к уменьшению

20 давления наддува и к ухудшению динамических качеств дизеля, так как при набросе нагрузки на дизель время разгона выпускного клапана в каждом цикле начинается ранее нижней мертвой точки, что обеспечи25 вает рост давления и температуры отработавших газов. а также соответствующий рост частоты вращения ротора турбокомпрессора и увеличение давления наддува на пониженных скоростных режимах с непол30 ной нагрузкой.

Анализ экспериментальных данных по дизелю б ЧН 15/15 показывает, что с уменьшением давления наддува с номинального ( рк-0,17 МПа) до атмосферного (рк=0,1 МПа)

35 угол начала выпуска отработавйих газов целесообразно изменить с 70 до 86 поворота коленчатого вала до нижней мертвой точки (ма. фиг. 6). Такой закон изменения опережения момента начала выпуска позволяет, 40 например, на режиме с минимальной часто. той вращения п ь и полной нагрузкой (точка Ь, фиг. 1) увеличить частоту вращения ротора турбокомпрессора с 20000 до 24000 мин, повысить коэффициент избытка воз45 духа с 1,2 до 1,35 и сократить, тем самым, время разгона дизеля с полной нагрузкой с

10до 8 с.

На фиг. 7, 8, 9 представлена принципиальная схема предлагаемого дизеля с турбо50 наддувом. Дизель с турбонаддувом содбржит механизм изменения фазы и механизм изменения момента начала выпуска отработавших газов. Механизм изменения фазы впуска включает кулачкоеый валик га55 зораспределения 1 с кулачками 2, опирающиеся на кулачки 2 штоки 3, гидравлические полости 4 с отверстиями 5 для подвода масла из масляной системы дизеля, промежуточные элементы 6, взаимодействующие с коромыслами 4 и впускные клапаны 8 с пру1809136

10

20

50 жинами 9, Штоки 3 подпружинены пружинами 10 к кулачкам 2 и имеют прямые 11 и косые 12 кромки, сверления 13 и размещенные на штоках шестерни 14. Шестерни 14 находятся в зацеплении с рейкой 15 механизма изменения фазы впуска.

Механизм изменения момента начала выпуска отработавших газов содержит толкатели 16, опирающиеся на кулачки 2 кулачкового валика газораспределения гидравлические полости 17 с отверстиями

18 для подвода масла из масляной системы, промежуточные элементы 19, взаимодействующие с коромыслами 20, и выпускные клапаны 21 с пружинами 22, Толкатели 16 подпружинены пружинами 23 к кулачкам 2 и имеют прямые 24 и косые 25 кромки, сверления 26 и размещение. на толкателях шестерни 27, Шестерни 27 находятся в зацеплении с рейкой 28 механизма изменения момента начала выпуска, Турбина 29 турбокомпрессорэ 30 сообщена с цилиндрами 31 через выпускной коллектор 32, в котором выпускные клапаны 21.

Компрессор 33 турбокомпрессорэ 30 сообщен с цилиндрами 31 через впускной коллектор 34, в котором размещены впускные клапаны 8, Рейка 15 (фиг. 8) механизма изменения фазы впуска через дополнительный рычаг

35 соединена с дозирующей рейкой 36 топливного насоса 37 дизеля. Рейка 28 (фиг, 9) механизма изменения момента начала выпуска соединена с мембраной 38 пневмокорректора 39, имеющего пружину 40 и полость 41.

Дизель с .турбонаддувом (фиг. 7, 8, 9) работает следующим образом. При работе дизеля на режимах с неполной нагрузкой дозирующая рейка 36 топливного насоса 37 перемещается вправо (на величину -hp) в положение частичной подачи топлива, что вызывает перемещение влево рейки 15 механизма изменения фазы впуска. В результате шестерни 14 со штоками 3 поворачиваются вокруг своих осей, а косые кромки 12 штоков, определяющие момент закрытия впускного клапана 8, поворачиваются относительно отверстий 5 для подвода масла, При движении штока 3 вверх, вызванном набеганием на него кулачка 2, момент открывания открытия впускного клапана 8 соответствует моменту полного перекрытия отверстия 5 для подвода масла прямой кромкой 11, а момент закрытия впускного клапана — моменту начала открытия отверстия 5 косой кромкой 12. Таким образом, при повороте штоков 3 вокруг своих осей момент открытия впускного клапана не изменяется, э момент закрытия — изменяется, Причем с уменьшением подачи топлива момент закрытия впускного канала смещается на линию сжатия в сторону более позднего закрытия клапана.

При работе дизеля на режимах с низкими давлениями наддува мембрана 38 пневмокорректора 39 с рейкой 28 механизма изменения момента начала выпуска отработавших газов перемещаются вправо. В результате шестерни 27 с толкателями 16 поворачиваются вокруг своих осей, а косые кромки 25 тол кателей поворачиваются относительно отверстий 18 для подвода масла, При движении толкателя 16 вверх, вызванном набеганием на него кулачка 2, момент открытия выпускного клапана 21 соответствует моменту полного перекрытия отверстия 18 для подвода масла косой кромкой

25, а момент закрытия выпускного клапана — моменту начала открытия отверстия 18 прямой кромкой 24. Таким образом, при повороте толкателей 16 вокруг своих осей момент закрытия выпускного клапана не изменяется, а момент открытия — иэменяется. Причем с уменьшением давления наддуsa момент открытия выпускного клапана смещается в сторону более раннего выпуска отработавших газов. т.е. газов с более высокими температурой и давлением. Из рассмотрения работы дизеля с турбонаддувом на фиг. 7, 8, 9 следует, что он позволяет реализовать заявляемый способ работы дизеля с турбонаддувом.

Использование заявляемого сйособа работы с турбонаддувом по сравнению с прототипом позволяет повысить экономичность дизеля на режимах с неполной нагоузкой. Так, например, на режиме максимального холостого хода удельный эффективный расход топлива уменьшается с 265 до 252 г/кВт ч т.е, Hà 5%. Учитывая распределение режимов работы транспортного дизеля при эксплуатации среднеэксплуатационный удельный эффективный расход топлива уменьшается с 240 до 234 г/кВт ч, т.е. на 2,5%, Кроме того, использование заявляемого способа работы дизеля с турбонаддувом по сравнению с прототипом позволяет улучшить динамические качества дизеля. Так, например, время разгона дизеля с полной нагрузкой сокращается с 10 до 8 с.

Формула изобретения

1. Способ работы дизеля с турбонаддувом, заключающийся в перепуске воздуха иэ цилиндров дизеля во впускной коллектор на такте сжатия на режимах с неполной нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества процесса сгорания и экономичности дизеля нэ режимах с

1809136

«ю /У ! хр махj

Л,ей

/,1

800

Q06

1000 неполной нагрузкой и улучшения динамических качеств дизеля, одновременно с перепуском воздуха осуществляют опережение момен . та начала выпуска отработавших газов из цилиндров в выпускной коллектор на такте 5 расширения.

2. Дизель с турбонаддувом, содержащий цилиндры, систему газораспределения, состоящую из механизма изменения 10 фазы впуска воздуха с кулачковым валиком, штока, выпускного клапана, и доэирующее устройство с рейкой, отличающийся тем, что он снабжен мембранным пневмокорректором, механизмом изменения мо- 15 мента начала выпуска отработавших газов с рейкой и толкателем, установленным с воэможностью взаимодействия с кулачковым валиком. коромыслом, взаимодействующим с ним выпускным клапаном. дополнительным рычагом с двумя шестернями. одна иэ которых размещена на толкателе. установленном с возможностью взаимодействия с коромыслом, в другая — на штоке механизма изменения фазы впуска воздуха, при этом, механизм изменения фазы впуска кинемвтически связан через дополнительный рычаг с рейкой дозирующего устройства, которая установлена с возможностью вэаимодейетвия с шестерней штока, а мембрана пневмокоррекотора кинематически связана с шестерней, размещенной на толкателе.

1809136

Умг. 3

Фр, нн

Ф, Ч б

2,0 2,Х ЗО 3,5 9,0 Ум/, 9 конца йуска, гро3 лосде НМТ

1Я09136 а

Г Ма ч(У.

Редактор

Заказ 1271 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН С и ГКНТ СССР

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

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

Риг, 8

Составитель И.Леонов

Техред M.Ìîpãåíòàë

Корректор, C.Лисина