RU2027034C1

RU2027034C1 - Method of operation of valve gear for supercharged engine

Info

Publication number: RU2027034C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Подосинников
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: center of zone of valve overlapping is shifted from the top dead center to exhaust stroke no less than by 15 deg and no more than by 60 deg. EFFECT: decreased fuel flow rate and smoking of exhaust gases at low speed regimes. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным двигателям автотракторного типа с газотурбинным наддувом. The invention relates to engine building, in particular to four-stroke engines of an autotractor type with gas turbine supercharging.

Известен способ газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов (1), по которому перекрытие клапанов осуществляется в течение всего такта впуска и, частично, в период такта выпуска. Угол перекрытия клапанов φ составляет больше 180^о, а угол α - смещения середины зоны перекрытия клапанов относительно верхней мертвой точки (ВМТ) - не менее 60^оС (см. фиг. 1а).A known method of gas exchange of a turbocharged engine with valve overlap (1), according to which the valve is shut off during the entire intake stroke and, partially, during the exhaust stroke. The valve overlap angle φ is greater than 180 ^° , and the angle α, the displacement of the middle of the valve overlap zone relative to the top dead center (TDC), is at least 60 ^° C (see Fig. 1a).

Известен способ газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов, причем середина зоны перекрытия клапанов находится вблизи ВМТ или смещена на такт впуска не более чем на 15^о (см. фиг. 1 б). Этот способ газообмена, принятый за прототип, используется практически на всех четырехтактных двигателях с турбонаддувом (2).A known method of gas exchange of a turbocharged engine with valve overlap, and the middle of the valve overlap zone is located near TDC or is shifted by an intake stroke of not more than 15 ^about (see Fig. 1 b). This gas exchange method, adopted as a prototype, is used on almost all four-stroke turbocharged engines (2).

Недостатком данного способа является снижение давления наддува при уменьшении скоростного режима двигателя и, вследствие этого, низкая топливная экономичность и повышенная дымность выхлопных газов. The disadvantage of this method is to reduce the boost pressure while reducing the speed of the engine and, as a result, low fuel efficiency and increased smoke exhaust.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов, середину зоны перекрытия клапанов смещают от верхней мертвой точки в область такта выпуска не менее чем на 15^о и не более чем на 60^о.The essence of the invention lies in the fact that according to the method of gas exchange of a turbocharged engine with valve overlap, the middle of the valve overlap zone is shifted from the top dead center to the exhaust stroke by at least 15 ^° and not more than 60 ^° .

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым является то, что большая часть угла перекрытия φ приходится на такт впуска и угол α смещения середины зоны перекрытия больше 15^о, но меньше 60^о (см. фиг. 1в). Перекрытие клапанов может также осуществляться на такте впуска (см. фиг. 1 г).Comparison of the claimed method with the prototype shows that it is new that most of the overlap angle φ falls on the intake stroke and the angle α of the displacement of the middle of the overlap zone is greater than 15 ^° but less than 60 ^° (see Fig. 1c). Overlapping valves can also be carried out at the intake stroke (see Fig. 1 g).

В этом случае продувку осуществляют, частично или полностью, во время такта впуска, а давление в цилиндрах будет находиться в сильной зависимости от частоты вращения двигателя. При снижении частоты вращения уменьшаются потери во впускном клапане и, следовательно, увеличивается давление в цилиндре двигателя относительно давления во впускном патрубке и в выпускном коллекторе. Уменьшение потерь во впускном патрубке увеличивает поступление воздуха в цилиндры, а повышение давления в них - выброс смеси воздуха с отработавшими газами в выпускной коллектор. То есть увеличение расхода воздуха на продувку, что приводит к увеличению мощности турбины турбокомпрессора и давления наддува. В целом же это позволяет снизить расход топлива и дымность отработавших газов на низких скоростных режимах, а также улучшить динамические качества двигателей за счет более высокого коэффициента запаса крутящего момента. Положительный эффект может быть достигнут при смещении середины зоны перекрытия клапанов в область такта выпуска не менее чем на 15^о, и он увеличивается при увеличении угла смещения. Смещение середины зоны перекрытия клапанов в область такта выпуска более 60^о нецелесообразно, так как такое увеличение угла смещения и угла перекрытия клапанов ухудшает устойчивость работы двигателя на переменной нагрузке из-за увеличения заброса выхлопных газов в цилиндры двигателя.In this case, the purge is carried out, partially or completely, during the intake stroke, and the pressure in the cylinders will be highly dependent on the engine speed. As the speed decreases, the losses in the intake valve are reduced and, consequently, the pressure in the engine cylinder is increased relative to the pressure in the intake pipe and in the exhaust manifold. Reducing losses in the inlet pipe increases the flow of air into the cylinders, and increasing the pressure in them increases the discharge of a mixture of air with exhaust gases into the exhaust manifold. That is, an increase in the air flow rate for purging, which leads to an increase in turbo-compressor turbine power and boost pressure. In general, this allows to reduce fuel consumption and exhaust smoke at low speed modes, as well as to improve the dynamic qualities of engines due to a higher torque reserve factor. The positive effect can be achieved by shifting the middle zone of the valve overlap in the area of the exhaust stroke to not less than ^about 15, and it increases with increasing angle of displacement. Offset middle valve overlap area to the exhaust stroke ^about 60 impractical because such an increase in the displacement angle and the valve overlap angle deteriorates the stability of engine operation at a variable load due to an increase casting exhaust gas to the engine cylinders.

Таким образом, изобретение отвечает требованию новизны, т. к. не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения. Thus, the invention meets the requirement of novelty, because an analogue is not found, characterized by features identical to all the essential features of the invention.

Изобретение отвечает требованию изобретательского уровня, т. е. достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, попытки получения которого до настоящего времени не удавались специалистам. The invention meets the requirements of an inventive step, i.e., a result is achieved that satisfies an existing need, attempts to which have so far been unsuccessful to specialists.

Изобретение является промышленно применимым, т. е. может быть использовано в двигателестроении для повышения топливной экономичности двигателей. The invention is industrially applicable, that is, it can be used in engine building to increase fuel efficiency of engines.

Способ поясняется чертежами. На фиг. 1а представлена диаграмма фаз газораспределения аналога; на фиг. 1б - то же, прототипа; на фиг. 1в и 1г - то же, по предлагаемому способу; на фиг. 2 - схема двигателя. The method is illustrated by drawings. In FIG. 1a is a phase diagram of a gas distribution analogue; in FIG. 1b - the same prototype; in FIG. 1c and 1d - the same, according to the proposed method; in FIG. 2 is a diagram of an engine.

Предложенный способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 2). The proposed method is as follows (see Fig. 2).

Воздух сжимают компрессором 1 турбокомпрессора 2 и по впускному патрубку 3 через впускной клапан 4 подают в цилиндр 5 двигателя. Далее воздух в смеси с выхлопными газами через выпускной клапан 6 и выпускной коллектор 7 подают на турбину 8 турбокомпрессора 2. Открытие впускного клапана 4 осуществляют в верхней мертвой точке или после нее, когда поршень 9 начал двигаться вниз. На высоких скоростных режимах из-за больших гидравлических потерь среднее давление P_a в цилиндре 5 заметно ниже давления P_s во впускном патрубке 3 и несколько выше давления P₁ в выпускном коллекторе 7. Так как перекрытие клапанов и продувка осуществляется, частично или полностью, на такте впуска при движении поршня вниз, поступление воздуха в цилиндр 5 невелико, так же как и не велик выброс смеси воздуха с выхлопными газами в выпускной коллектор 7. Т. е. коэффициент продувки имеет небольшие значения. При снижении частоты вращения двигателя гидравлические потери существенно снижаются, так как величина гидравлических потерь находится примерно в квадратичной зависимости от частоты вращения. Вследствие этого увеличивается поступление воздуха в цилиндр 5 и давление P_a в нем. В свою очередь из-за увеличения разницы в давлении P_a и P_т увеличивается выброс смеси воздуха и выхлопных газов в выхлопной коллектор 7. Все это приводит к росту коэффициента продувки и общему увеличению подачи газов в турбину 8 турбокомпрессора 2, а, следовательно, предотвращает, частично или полностью, падение давления наддува на низких скоростных режимах. Падение давления наддува зависит от величины угла α смещения середины зоны перекрытия клапанов относительно ВМТ. Чем больше угол α ,тем меньше падение давления.The air is compressed by the compressor 1 of the turbocharger 2 and through the inlet pipe 3 through the inlet valve 4 serves in the cylinder 5 of the engine. Next, the air in the mixture with exhaust gases through the exhaust valve 6 and exhaust manifold 7 is fed to the turbine 8 of the turbocharger 2. The opening of the intake valve 4 is carried out at or after the dead center when the piston 9 began to move down. At high speed conditions, due to large hydraulic losses, the average pressure P _a in the cylinder 5 is noticeably lower than the pressure P _s in the inlet pipe 3 and slightly higher than the pressure P ₁ in the exhaust manifold 7. Since the valves are closed and partially or completely purged, the intake stroke when the piston moves downward, the air intake into the cylinder 5 is small, just as the air-exhaust gas mixture is not large in the exhaust manifold 7. That is, the purge coefficient is small. With a decrease in engine speed, hydraulic losses are significantly reduced, since the magnitude of hydraulic losses is approximately quadratic depending on the speed. As a result, the flow of air into the cylinder 5 and the pressure P _a therein increase. In turn due to increased differential pressure P _a and P _m is increased ejection air mixture and exhaust gas in the exhaust manifold 7. All this leads to the growth factor and an overall increase in the purge gas supply to the turbine of the turbocharger 8 2, and therefore prevents the , in part or in full, boost pressure drop at low speed modes. The pressure drop is dependent on the angle α of the displacement of the middle of the valve overlap zone relative to the TDC. The larger the angle α, the smaller the pressure drop.

В двигателях, где газообмен осуществляется по способу, когда опережение открытия впускного клапана примерно равно запаздыванию закрытия выпускного (прототип), увеличение продувки при снижении частоты вращения осуществляется, в основном, за счет увеличения времени - сечения перекрытия клапанов, что недостаточно для поддержания мощности турбокомпрессора и давления наддува на требуемом уровне. In engines where gas exchange is carried out according to the method when the advance of the intake valve opening is approximately equal to the exhaust closing delay (prototype), an increase in purge with a decrease in the rotational speed is carried out mainly due to an increase in the time — the valve overlap section, which is insufficient to maintain the power of the turbocharger and boost pressure at the required level.

Claims

METHOD OF GAS EXCHANGE OF A TURBOCHARGED ENGINE with valve overlap, characterized in that the middle of the valve overlap zone is shifted from the top dead center to the exhaust stroke by at least 15 ^o and not more than 60 ^o .