УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИТОЧНЫМ ГАЗОМ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ
DEVICE TO SUPPLY INLET GAS FOR SUPERCHARGED PISTON ICE

Настоящее изобретение относится к устройству для обеспечения приточным газом поршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом с трубопроводными средствами для приточного газа, включающему присоединение для сжатого воздуха с устройством для регулирования количества, выходящее сбоку в имеющую форму трубы внутреннюю полость, а также расположенную во внутренней полости с возможностью регулирования заслонку для регулирования потока, причем внутренняя полость ограничена от наддувочного воздуха турбокомпрессора, работающего на отработавших газах, первым концевым присоединением для впуска, а также вторым концевым присоединением для выпуска.
Устройства для обеспечения приточным газом, относящиеся к соответствующему предмету изобретения роду, применяются для поддержки турбокомпрессоров, работающих на отработавших газах. В частности, в нижнем диапазоне числа оборотов поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеющего турбонаддув, присоединенный турбокомпрессор, работающий на отработавших газах, не может развивать в большинстве случаев требуемое давление наддува в виду отсутствия достаточной энергии привода. Эти обстоятельства чувствуются водителем при увеличении подачи газа при низком числе оборотов, это явление известно и получило название эффекта турбоямы. Для компенсации этого эффекта турбоямы в необходимой ситуации в приточный газопровод поршневого двигателя внутреннего сгорания подается дополнительный сжатый воздух с учетом запаса сжатого воздуха в транспортном средстве. Многие виды транспортных средств, например грузовые автомобили или автобусы, и без того имеют контур сжатого воздуха, через который осуществляется, среди прочего, питание пневматической тормозной системы.
Из WO 2005/064134 А1 известно соответствующего рода устройство для обеспечения приточным газом поршневых двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом. Сжатый наддувочный воздух через турбокомпрессор, работающий на отработавших газах, поступает через впускной газопровод в полость цилиндра. Дальше, сбоку во впускной газопровод выходит трубопровод сжатого воздуха, который посредством клапана с электронным управлением открывается или закрывается. Для компенсации эффекта турбоямы клапан открывается, так что внешний сжатый воздух, который забирается из пневмоаккумулятора системы сжатого воздуха, подается в приточный газопровод. Чтобы предотвратить обратный поток этого дополнительно подаваемого сжатого воздуха, в приточном газопроводе перед турбокомпрессором расположен принудительно управляемый обратный клапан.
Недостаток такого технического решения состоит в том, что эти дополнительные трубопроводные средства для приточного газа являются интегральными составными частями устройства обеспечения приточным газом и индивидуально рассчитываются на двигатель. Таким образом, в случае ремонта необходимо производить замену большого количества конструктивных узлов. Соответственно более затратной является концепция вариантов со средствами или без средств доставки приточного газа при серии поршневых двигателей внутреннего сгорания, оснащаемых турбонаддувом.
Из US 4628880 известно устройство для обеспечения приточным газом поршневых двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, которое выполнено в виде отдельного модуля с соответствующими присоединениями. Однако недостатком при этом является то, что необходима прокладка электрических присоединений управления. Далее конструктивное решение регулирования устройства для обеспечения приточным газом не является эффективным.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является создание устройства для обеспечения приточным газом двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, которое может быть оптимально оборудовано трубопроводными средствами для приточного газа, которые могут универсально применяться в двигателях внутреннего сгорания, оснащенных турбонаддувом.
Эта задача решается исходя из устройства для обеспечения приточным газом согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения с соответствующими отличительными признаками. Следующие ниже зависимые пункты формулы изобретения представляют усовершенствованные варианты изобретения.
Изобретение содержит техническую идею, заключающуюся в том, что трубопроводные средства для приточного газа выполнены в виде отдельного модуля, на корпусе которого оба концевых присоединения выполнены в форме присоединений трубопроводов, которые наряду с этим пригодны в качестве несущего средства для модуля.
Преимущество предложенного в соответствии с изобретением решения заключается в том, что поршневые двигатели внутреннего сгорания простым способом могут быть оборудованы этим устройством. Тогда отдельный модуль при необходимости может быть присоединен к каналу наддувочного воздуха. Это дает возможность дополнительного оборудования более старых поршневых двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом без каких-либо дополнительных трубопроводных средств для приточного газа. Благодаря модульной конструкции могут подготавливаться совершенно различные трубопроводные средства для приточного газа, которые соответственным образом подходят к соответствующим поршневым двигателям внутреннего сгорания. Таким гибким образом к корреспондирующим поршневым двигателям внутреннего сгорания могут быть подобраны соответствующие параметры, например, доля притока дополнительного сжатого воздуха, эффективный диаметр клапана и тому подобное.
Преимущественным образом оба присоединения трубопроводов на корпусе модуля выполнены в виде шлангового соединения, чтобы шланговые трубопроводы можно было крепить с помощью зажимных устройств или тому подобного. Наряду с этим также имеется возможность выполнения обоих присоединений для трубопроводов в виде трубных соединений, чтобы трубопроводы можно было крепить к ним с помощью соединительных муфт для труб.
В качестве альтернативы обоим указанным выше формам осуществления далее возможно выполнение, по меньшей мере, одного из обоих трубопроводных присоединений в виде фланца, чтобы можно было осуществить крепление с помощью винтов. Преимущественным образом фланец должен быть расположен со стороны двигателя, так чтобы с его помощью модуль мог устойчиво крепиться на поршневом двигателе внутреннего сгорания.
Внутри корпуса модуля преимущественным образом встроены устройство регулирования количества для управления клапаном при дополнительной подаче сжатого воздуха, электромеханическое регулировочное устройство для заслонки для активного управления положением заслонки, а также устройство, предназначенное для определения положения. Все эти элементы, предназначенные для трубопроводных средств для приточного газа, могут быть экономно в плане использования места интегрированы в корпус. Снаружи корпуса наряду с присоединениями для сжатого воздуха расположено, по меньшей мере, одно электрическое присоединение для также интегрированного в корпус электронного блока управления. С помощью электрического присоединения электронный блок управления может быть присоединен к рабочему напряжению, а также, например, к шине CAN-автобус электроники транспортного средства.
Согласно другому, улучшающему изобретение мероприятию корпус модуля преимущественным образом выполнен из двух частей. Преимущественным образом расположенный под крышкой электронный блок управления доступен снаружи для облегчения работы по ремонту и установке.
Преимущественным образом к электронному блоку управления присоединен датчик давления, манометр которого расположен в имеющей форму трубы внутренней полости между заслонкой и первым концевым присоединением, а также другое присоединение, через которое присоединен второй датчик давления, расположенный в имеющей форму трубы внутренней полости между заслонкой и вторым концевым присоединением. Величины давления, измеренные при этом согласно варианту осуществления изобретения, оцениваются напрямую в электронном блоке управления, который для этой цели имеет вычислительное устройство в виде микропроцессора, который работает с соответствующим рабочим и функциональным программным обеспечением. Наряду с этим имеется возможность того, что электронный блок управления выполнен без такого вычислительного устройства, а имеет только силовые электронные устройства для управления устройством для регулирования количества, а также регулировочным устройством. Остальные функции управления в этом случае могут децентрализованно выполняться с помощью внешней электроники двигателя/транспортного средства.
Согласно другому, улучшающему изобретение мероприятию предусмотрено, что в трубопроводе сжатого воздуха для устройства регулирования количества установлен сменный, оказывающий влияние на поток дроссель. С помощью выбора дросселя простым способом можно оказывать влияние на параметры потока, идущего через устройство регулирования количества.
Другие улучшающие изобретение мероприятия ниже вместе с описанием предпочтительных примеров осуществления изобретения более подробно представлены с помощью чертежей. Где показывают:
фиг.1 - блок-схема поршневого двигателя внутреннего сгорания с устройством для обеспечения приточным газом;
фиг.2 - изображение блок-схемы трубопроводных средств для приточного газа устройства обеспечения приточным газом, выполненных в виде модуля;
фиг.3 - вид в перспективе модуля в первом варианте осуществления;
фиг.4 - вид в перспективе модуля во втором варианте осуществления;
фиг.5 - вид в перспективе, частично в деталях, модуля на фиг.;
фиг.6 - вид в перспективе третьего варианта осуществления модуля. Согласно фиг.1 устройство 1 включает поршневой двигатель 2 внутреннего сгорания с турбонаддувом с шестью цилиндрами 3 в ряду, впускные газопроводы 4, которые присоединены к коллектору 5, который имеет присоединительный фланец 7, к которому своим концевым присоединением 9 для выпуска присоединен участок трубопровода для приточного газа - модуль 8. Первое концевое присоединение 10 для впуска через трубопровод 11 соединено с выпускным отверстием 12 охладителя 13 наддувочного воздуха, впускное отверстие 14 которого через трубопровод 15 соединено с выпускным отверстием 16 турбокомпрессора 17. К впускному отверстию 18 турбокомпрессора 17 присоединен воздушный фильтр 19 с трубопроводом 20. Турбокомпрессор 17 образует часть турбокомпрессора 22, работающего на отработавших газах, турбина 23 которого, работающая на отработавших газах, своим впускным отверстием 24 присоединена к выпускному отверстию 25 выхлопного коллектора 26. Турбокомпрессор 17 и турбина 23, работающая на отработавших газах, закреплены на валу 21. Цилиндры 3 через выпускные трубопроводы 27 присоединены к выпускному коллектору 26. Выпускное отверстие 28 турбины 23, работающей на отработавших газах, соединено с выпускным газопроводом 29.
Питание топливом цилиндров 3 осуществляется через форсунки 30, регулирование которых производится с помощью трубопровода 31 от первого присоединения 32 электронного блока 38 управления. К присоединению 37 электронного блока 38 управления присоединено через трубопровод 36 присоединение 34 педали 33 газа. Педаль 33 газа снабжена исполнительным органом, который известным образом приводится в действие водителем транспортного средства. Электрическое/электронное присоединение 39 электронного блока 38 управления через коллектор 40 соединено с электрическим/электронным присоединением 41 электронного блока 35 управления участком трубопровода для приточного газа - модулем 8.
Модуль 8 - участок трубопровода для приточного газа имеет присоединение 42 для сжатого воздуха, которое через трубопровод 43 присоединено к выпускному присоединению 44 резервуара 45 сжатого воздуха. Питающее присоединение 46 резервуара 45 сжатого воздуха через трубопровод 47 присоединено к присоединению 48 для сжатого воздуха компрессора 49, производящего сжатый воздух. В трубопровод 17 встроены регулятор 50 давления и осушитель воздуха 51. Компрессор 49 для производства сжатого воздуха имеет впускной патрубок 52, снабженный воздушным фильтром 53. Вал 54 компрессора 49 для производства сжатого воздуха через ременный привод соединен с главным валом 56 дизельного двигателя с турбонаддувом транспортного средства.
На фиг.2 модуль 8, показанный подробно, выполнен в виде трубы, он имеет первое концевое присоединение 10, а также второе концевое присоединение 9, между которыми образована внутренняя полость 57, имеющая круговое поперечное сечение, диаметр которой обозначен через D. Диаметр потока для грузовых автомобилей и автобусов может быть рассчитан по следующей эмпирической формуле:
0,5
0,5
D=11·V·р+35,
где V - рабочий объем в литрах, p - максимальное абсолютное давление наддува в барах. Рабочий объем задается для семейства двигателей. В этом случае соответствие группам мощности осуществляется с помощью регулировки давления наддува. Примененный для семейства двигателей, заданный максимальным давлением наддува диаметр определяет преимущественным образом размер модуля, который может перекрывать все семейство двигателей. Внутренняя полость 57 целесообразным образом окружена стенкой 58, в которой установлен и через которую пропущен вал 59 заслонки 60. Заслонка 60 разделяет внутреннюю полость 57 на две части, именно впускную полость 61, которая образуется между первым концевым присоединением 10 и заслонкой 60, а также выпускную полость 62, которая образуется между вторым концевым присоединением 9 и заслонкой 60.
Заслонка может занимать закрытое и полностью открытое конечное положение, а также любое промежуточное положение, которое регулируется поворотом вала 59. Регулировочное устройство 66 в этом примере осуществления выполнено в виде электродвигателя и оснащено электрическим присоединением 74 для регулировочного устройства, которое через трубопровод 79 соединено с первым присоединением 80 электронного блока 35 управления. Через присоединение 74 регулировочного устройства регулировочное устройство 66 снабжается током; от присоединения 65 сенсора 63 определения положения снимается сигнал о положении заслонки 60; присоединение 65 в свою очередь через трубопровод 81 присоединено к присоединению 82 электронного блока 35 управления модуля 8.
Далее в стенке 58 между вторым концевым присоединением 9 и заслонкой 60 выполнено впускное отверстие 67 для сжатого воздуха, с которым соединено присоединение 42 для сжатого воздуха, оснащенное устройством 68 для регулирования количества. Устройство 68 для регулирования количества также может занимать полностью закрытое положение. Электрическое присоединение 69 устройства 68 для регулирования количества, которое имеет клапан 70, через трубопровод 77 соединено с присоединением 78 электронного блока 35 управления модуля 8.
К присоединению 76 электронного блока 35 управления с помощью трубопровода 75 присоединено присоединение 71 второго датчика 72 давления, закрепленного на стенке 58; манометр 73 второго датчика 72 давления установлен в выпускной полости 62 модуля 8 - участка трубопровода для приточного воздуха. Подобное присоединение 71 первого датчика 72 давления, закрепленного на стенке 58, с помощью провода 83 соединено с присоединением 84 модуля 35. Манометр 73 первого датчика 72 давления установлен во впускной полости 61 модуля 8.
Электронный блок 35 управления модуля 8 снабжен присоединением 41, к которому присоединен коллектор 40. Коллектор 40 выполнен в виде коммуникационной магистрали, которая (не показано) соединена с электроникой двигателя, включающей центральный блок управления (ECU), который имеет соответствующее программное обеспечение.
Модуль 8 - участок трубопровода для приточного газа на обоих концах снабжен присоединениями 86 и 87 трубопровода, которые пригодны для герметичной установки трубопровода 11, через который осуществляется обеспечение приточным газом дизельного двигателя с турбонаддувом. Присоединения 86 и 87 трубопровода выполнены таким образом, что они пригодны для крепления модуля 8 - участка трубопровода для приточного газа.
Устройство 68 для регулирования количества имеет на впускном отверстии сменный дроссель 85, с помощью которого ограничивается количество проходящего газа, или в виде модуля подбирается к величине двигателя.
Электронный блок 35 управления выполнен также с возможностью замены в виде модуля, причем на фиг.3 и 4 показаны два различных варианта.
На фиг.3 присоединительная поверхность 90 корпуса 89 модуля 8 - участка трубопровода для приточного воздуха показана со снятой нижней крышкой 91. Здесь электронный блок 35а управления не имеет собственного вычислительного устройства и программного обеспечения.
На фиг.4, напротив, электронный блок 35b управления оснащен собственным вычислительным устройством 88 и программным обеспечением. Данные записываются в вычислительном устройстве 88 через присоединение 41.
На фиг.5 показан другой вариант электронного блока 35b управления, причем он имеет электрические/электронные датчик 72 давления и манометр 73 датчика давления, которые выполнены в виде коротких отрезков трубы, закрепленных на корпусе 89.
Программное обеспечение вычислительного устройства 88 координирует работу клапана 70 и заслонки 60. При нормальном числе оборотов запаздывание при работе заслонки 60 находится в пределах примерно от 30 до 40 мс, хотя запаздывание при работе клапана 70 составляет только 10 мс. Поэтому устройство 68 для регулирования клапана 70 получает импульс включения точно тогда, когда заслонка 60 готова к тому, чтобы дополнительный сжатый воздух поступал фактически тогда, когда заслонка 60 только что закрыта. Для определения точки запуска клапана 70 фактическое положение заслонки 60 определяется с помощью сенсора 63 определения положения и проходит обработку в вычислительном устройстве 88.
При низком числе оборотов устройство 68 для регулирования количества клапана 70 получает свой импульс для запуска раньше, по сравнению с предыдущими условиями работы, так что еще какое-то количество дополнительного сжатого воздуха через трубопровод 11 может течь обратно в направлении турбокомпрессора 17, и таким образом ограничивается давление наддува.
В грузовых автомобилях или автобусах сжатый воздух берется из резервуара 45 для сжатого воздуха и с помощью присоединения 42 для сжатого воздуха и трубопровода 43 согласно техническим предписаниям обеспечивается тормозная система. Целесообразно, выполнение клапана 70 должно соответствовать этим требованиям. Соответственно для этой цели годен электрически управляемый, так называемый ABS-клапан тормозной системы. В моторном пространстве может с экономией места устанавливаться устройство, у которого трубопровод 43 с дросселем 85 и внутренняя полость 57 имеют параллельные геометрические оси, так как для трубопровода 11 в общем достаточно пространства.
Модуль 8 для различных категорий дизельных двигателей выполняется в виде модульных конструкций. Изготавливаемые большими сериями двигатели подразделяются по рабочему объему на категории или выпускаются с определенным рабочим объемом, согласно которым выбирается рулевое колесо и степень страховки. В технике двигателей принято, что максимальная скорость приточного воздуха не должна превышать определенного значения. Величине рабочего объема соответствует определенный диаметр трубопровода для приточного газа. Благодаря модульной конструкции ступенчатым образом для впускного отверстия 10 и выпускного отверстия 9 могут выбираться различные диаметры. Для этого требуются соответственно ступенчатым образом согласованные диаметры для трубчатых присоединений для установки на трубопроводе 11.
На фиг.6 показаны варианты фланцев модуля 8, второе концевое присоединение, «выпуск» которого в отличие от обоих описанных выше примеров осуществления выполнен в виде фланца 92, который заодно отформован на корпусе 89 и снабжен отверстиями для не показанных крепежных винтов. С их помощью модуль 8 может быть закреплен на коллекторе 5.
Перечень позиций
1. Устройство
2. Поршневой двигатель внутреннего сгорания
3. Цилиндр
4. Впускной газопровод
5. Коллектор
6. Блок цилиндров
7. Присоединительный фланец
8. Участок трубопровода для приточного газа - модуль
9. Второе концевое присоединение «выпуск »
10. Первое концевое присоединение «впуск »
11. Трубопровод
12. Выпускное отверстие
13. Охладитель наддувочного воздуха
14. Впускное отверстие
15. Трубопровод
16. Выпускное отверстие
17. Турбокомпрессор
18. Впускное отверстие
19. Воздушный фильтр
20. Трубопровод
21. Вал
22. Турбокомпрессор, работающий на отработавших газах
23. Турбина, работающая на отработавших газах
24. Впускное отверстие
25. Выпускное отверстие
26. Коллектор для выхлопных газов
27. Трубопровод для выхлопных газов
28. Выпускное отверстие
29. Выпускной газопровод
30. Форсунки
31. Провод
32. Присоединение
33. Педаль газа
34. Присоединение
35. Электронный блок управления
35а Электронный блок управления (без вычислительного устройства)
35b Электронный блок управления (с вычислительным устройством)
36 Провод
37 Присоединение
38 Электронный блок управления дизельного двигателя
39 Присоединение
40 Коллектор
41 Присоединение
42 Присоединение для сжатого воздуха
43 Трубопровод
44 Выпускное присоединение
45 Резервуар для сжатого воздуха
46 Присоединение для питания
47 Трубопровод
48 Присоединение для сжатого воздуха
49 Компрессор для сжатого воздуха
50 Регулятор давления
51 Осушитель воздуха
52 Впускной патрубок
53 Воздушный фильтр
54 Вал
55 Ременный привод
56 Главный вал
57 Внутренняя полость
58 Стенка
59 Вал
60 Заслонка
61 Впускная полость
62 Выпускная полость
63 Сенсор определения положения
64 Наружная поверхность
65 Присоединение
66 Регулировочное устройство
67 Впускное отверстие для сжатого воздуха
68 Устройство для регулирования количества
69 Электрическое присоединение для управления
70 Клапан
71 Присоединение
72 Датчик давления
73 Манометр
74 Присоединение для регулировочного устройства
75 Провод
76 Присоединение
77 Провод
78 Присоединение
79 Провод
80 Присоединение
81 Провод
82 Присоединение
83 Провод
84 Присоединение
85 Дроссель
86 Присоединение трубопровода
87 Присоединение трубопровода
88 Вычислительное устройство
89 Корпус
90 Поверхность для присоединения
91 Крышка
92 Фланец
93 Отверстие