устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбокомпрессор, в корпусе которого размещены воздухонапорная полость компрессора и газоподводящая улитка турбины, в которой установлены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку, и регулирующий механизм, расположенный с наружной стороны корпуса турбокомпрессора и выполненный в виде размещенной в кожухе подпружиненной мембраны, разделяющей кожух на надмембранную и подмембранную полости, штока, связанного с мембраной, и канала подвода наддувочного воздуха в подмембранную полость, в котором выполнена дополнительная полость, причем заслонка кинематически связана с регулирующим механизмом, отличающееся тем, что в штоке образован клапан, выполненный с возможностью закрытия дополнительной полости за счет усилия пружины и площадью, меньшей площади мембраны, в корпусе турбокомпрессора выполнено отверстие, в котором установлен передаточный вал, жестко соединенный с заслонкой, а регулирующий механизм снабжен рычагом, размещенным в выполненной в корпусе выемке, жестко связанным с передаточным валом и шарнирно соединенным с штоком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области турбокомпрессоростроения, в частности к агрегатам наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известно регулировочное устройство, выполненное в виде турбокомпрессора, содержащего корпус с газоподводящей улиткой, в которой размещены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку, выполненная с возможностью поворота и кинематически связанная с регулирующим механизмом [1].

Недостатком этого устройства является следующее.

Узел поворота регулировочного диска имеет втулкообразную форму большого диаметра, что способствует из-за воздействия высоких температур объемному расширению и заклиниванию. Кроме того, на регулировочный диск действует боковое давление газов со стороны турбины, сто увеличивает трение при повороте диска.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является регулировочное устройство, содержащее турбокомпрессор, в корпусе которого размещены воздухонапорная полость компрессора и газоподводящая улитка турбины, в которой установлены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку, и регулирующий механизм, выполненный в виде размещенной в кожухе подпружиненной мембраны, разделяющей кожух на надмембранную и подмембранную полости, штока, связанного с мембраной, и канала подвода наддувочного воздуха в подмембранную полость, в котором выполнена дополнительная полость, причем заслонка кинематически связана с регулирующим механизмом, в штоке образован клапан, выполненный с возможностью закрытия дополнительной полости за счет усилия пружины и площадью, меньшей, чем площадь мембраны [2].

Недостатком этого устройства является следующее.

Шток клапана устройства выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения, что способствует образованию нагара на штоке от отработавших газов и заклиниванию, что снижает эффективность работы устройства.

Изобретение направлено на повышение эффективности устройства.

Для этого в устройстве для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбокомпрессор, в корпусе которого размещены воздухонапорная полость компрессора и газоподводящая улитка турбины, в которой установлены рабочее колесо центростремительной турбины и заслонка, расположенная на входе газов в улитку, и регулирующий механизм, выполненный в виде размещенной в кожухе подпружиненной мембраны, разделяющей кожух на надмембранную и подмембранную полости, штока, связанного с мембраной, и канала подвода поддувочного воздуха в подмембранную полость, в котором выполнена дополнительная полость, причем заслонка кинематически связана с регулирующим механизмом, в штоке образован клапан, выполненный с возможностью закрытия дополнительной полости за счет усилия пружины и площадью, меньшей, чем площадь мембраны, согласно изобретению, в корпусе турбокомпрессора выполнено отверстие, в котором установлен передаточный вал, жестко соединенный с заслонкой, регулирующий механизм расположен с наружной стороны корпуса турбокомпрессора и снабжен рычагом, размещенным в выполненной в корпусе выемке, жестко связанным с передаточным валом и шарнирно соединенным со штоком.

На фиг. 1 показана схема устройства для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания;

на фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 показан разрез Б-Б на фиг. 1;

Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания 1 содержит турбокомпрессор 2, в корпусе которого размещены воздухонапорная полость компрессора 3 и газоподводящая улитка турбины 4, в которой установлены рабочее колесо 5 центростремительной турбины 4 и заслонка 6, расположенная на входе газов в улитку турбины 4, и регулирующий механизм 7, расположенный с наружной стороны корпуса турбокомпрессора 2 и выполненный в виде размещенной в кожухе подпружиненной мембраны 8, разделяющий кожух на надмембранную 9 и подмембранную 10 полости, штока 11, связанного с мембраной 8, и канала 12 подвода поддувочного воздуха в подмембранную полость 10, в котором выполнена дополнительная полость 13. Заслонка 6 через передаточный вал 14 и рычаг 15 шарнирно соединена со штоком 11 регулирующего механизма 7. В штоке 11 образован клапан 16, выполненный с возможностью закрытия дополнительной полости 13 за счет усилия пружины 17. Площадь клапана 16 меньше площади мембраны 8. Передаточный вал 14 установлен в выполненном в корпусе турбокомпрессора 2 отверстии 18 и жестко соединен со стороны турбины 14 с заслонкой 6, а со стороны компрессора 3 - с рычагом 15, причем рычаг 15 размещен в выполненной в корпусе выемке 19.

Устройство работает следующим образом.

Отработавшие газы двигателя 1 поступают через улитку турбины 4 на рабочее колесо 5. Мощность турбины 4 через ротор 20 передается компрессору 3, в котором сжимается воздух для наддува двигателя 1. Давление сжатого воздуха зависит от давления газов перед турбиной 4, а последнего - от начального проходного сечения 21 турбины 4.

При работе двигателя 1 с малым расходом газа через турбину 4, т.е. на режимах малых нагрузок и частот вращения, а также на режиме максимально крутящего момента, давление наддувочного воздуха, заполнившего через канал 2 дополнительную полость 13, недостаточно для сжатия пружины 17, и клапан 16 находится в прижатом к корпусу регулирующего механизма 7 положении, следовательно, заслонка 6 максимально перекрывает начальное проходное сечение 21 турбины 4. Тем самым достигается необходимое давление наддува, которое позволяет достаточно полно обеспечить воздухом двигатель 1 на частичных режимах и на режиме максимального крутящего момента.

При переходе с режима максимального крутящего момента на режим номинальной мощности начинает повышаться давление наддува выше необходимого значения и усилие пружины 17 становится меньше усилия давления наддува на клапан 16 и пружина 17 сжимается. Наддувочный воздух заполняет подмембранную полость 10, так как площадь мембраны 8 больше площади клапана 16, то усилие давления наддувочного воздуха на пружину 17 возрастает в прямой пропорциональности от отношения площади мембраны 8 к площади клапана 16 и пружина 17 сжимается до тех пор, пока усилие пружины 17 не сравняется с усилием от давления наддувочного воздуха. При этом заслонка 6 раскрывает начальное проходное сечение 21 турбины 4 и давление наддува перестает возрастать.

При понижении давления наддува устройство работает в сторону уменьшения начального проходного сечения 21 турбины 4.

Кинематическая связь между регулирующим механизмом 7 и заслонкой 6 работает следующим образом. Шток 11 регулирующего механизма 7, шарнирно соединенный с рычагом 15, совершая возвратно-поступательные движения, поворачивает рычаг 15, а вместе с ним и заслонку 6.

Применение предложенного устройства позволяет повысить эффективность работы конструкции, что заключается в следующем:

- узел поворота (передаточный вал и отверстие в корпусе турбокомпрессора) подвержен минимальным температурным нагрузкам вследствие того, что корпус турбокомпрессора охлаждается маслом при смазывании скользящего подшипника ротора турбокомпрессора;

- на передаточный вал действуют осевые усилия от давлений со стороны компрессора и турбины, которые примерно одинаковые, вследствие чего передаточный вал разгружается от осевых усилий;

- передаточный вал выполнен минимального диаметра исходя из условия прочности конструкции, поэтому менее подвержен заклиниванию из-за объемных температурных расширений.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1650917, кл. F 01 D 17/04, 1991.

2. Современные устройства для регулирования наддува двигателей внутреннего сгорания тракторов и сельскохозяйственных машин. Обзорная информация. Серия: Тракторы, самоходные шасси и двигатели, агрегаты и узлы. Вып. 17. - М.: ЦНИИТЭИ "Тракторсельхозмаш", 1979, с. 17, рис. 6.