CS255118B1

CS255118B1 - Fluid flow distributor for bypass correction of turbocharger function

Info

Publication number: CS255118B1
Application number: CS862192A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Tesar; Vladimir Kliment; Michal Takats; Vladimir Stibinger; Petr Kusy
Original assignee: Vaclav Tesar; Vladimir Kliment; Michal Takats; Vladimir Stibinger; Petr Kusy
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS219286A1

Abstract

Ostrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla je opatřeno napájecí tryskou, napojenou na výfukové potrubí spalovacího motoru, a prvním kolektorem, připojeným na hlavní vstup turbíny, a druhým kolektorem, spojeným s obtokem a s řídicí tryskou, napojenou prostřednictvím spojovacího kanálku s výtlačným potrubím kompresoru. Napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu kolektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna. Ostrojí je využitelné v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.The device with a fluidic flow distribution element for bypass correction of the function of a supercharger turbocharger is provided with a supply nozzle connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine, and a first collector connected to the main inlet of the turbine, and a second collector connected to the bypass and to a control nozzle connected via a connecting channel to the discharge pipe of the compressor. The supply nozzle is located in a direction directly opposite the first collector, while a stationary retaining wall is located on the side of the path from the mouth of the supply nozzle to the first collector. The device is usable in the field of internal combustion engines, in particular vehicle engines.

Description

(54, Ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce pfeplňovaciho turbodmychadla(54, Fluidized flow distributor for bypass correction of turbocharger function

Ostrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla je opatřeno napájecí tryskou, napojenou na výfukové potrubí spalovacího motoru, a prvním kolektorem, připojeným na hlavní vstup turbíny, a druhým kolektorem, spojeným s obtokem a s řídicí tryskou, napojenou prostřednictvím spojovacího kanálku s výtlačným potrubím kompresoru. Napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu kolektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna. Ostrojí je využitelné v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.The turbocharger bypass system is equipped with a power supply nozzle connected to the exhaust manifold of an internal combustion engine, and a first collector connected to the main inlet of the turbine and a second collector connected to the bypass and control nozzle connected via a duct with compressor discharge line. The feed nozzle is located in a direction directly opposite the first collector, wherein a stationary retaining wall is disposed on the path side from the mouth of the feed nozzle to the first collector. The machine is applicable in the field of internal combustion engines, especially vehicle engines.

Vynález se týká ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device with a fluid flow distributor for bypass correction of the turbocharger function.

Přeplňování spalovacího motoru turbodmychadlem a korekce funkce turbodmychadla se provádí za účelem dosažení vhodného průběhu charakteristiky takto přeplňovaného motoru. Pro nekorigované přeplňování turbodmychadlem je typické, že tlakový spád generovaný dmychadlem a tím i průtočná hmotnost vzduchu dopraveného do válců motoru za otáčku roste s otáčkami motoru, Motor tak dostává nepříznivý strmý průběh charakteristiky. Korekce funkce turbodmychadla k úpravě charakteristiky výsledného agregátu bývá nejčastěji provedena tak, že při otáčkách motoru nad určitou mezí se postupně stále zvětšující část výfukových plynů vede mimo hlavní vstup turbiny turbodmychadla, bud přímo obtokem míjejícím turbinu turbodmychadlem, nebo do pomocného vstupu vedoucího k jinému systému statorových lopatek. U dnes vyráběných provedení provádí tento korekční zásah mechanické přepouštěcí ventily. Vysoké teploty výfukových plynů a vibrace při chodu motoru představují mimořádně náročné pracovní podmínky. Některé součástky takových mechanických ventilů, například membrána, musí být zhotovovány ze speciálních, drahých a obtížně dostupných materiálů. Přesto vykazují jen omezenou životnost.The turbocharging of the internal combustion engine and the correction of the turbocharger function are carried out in order to achieve a suitable characteristic of the turbocharged engine. For uncorrected turbocharging, it is typical that the pressure drop generated by the blower and hence the flow rate of air delivered to the engine cylinders per revolution increases with engine speed, thus giving the engine an unfavorable steep characteristic curve. The correction of the turbocharger function to adjust the characteristics of the resulting aggregate is most often done so that at an engine speed above a certain limit, an increasingly increasing portion of the exhaust gas is routed outside the turbocharger main inlet, either directly bypassing the turbocharger or into an auxiliary inlet leading to another stator system. blades. In the versions manufactured today, this correction intervention is performed by mechanical relief valves. High exhaust temperatures and vibration during engine operation are extremely demanding working conditions. Some components of such mechanical valves, such as a diaphragm, must be made of special, expensive and difficult to access materials. Nevertheless, they show only a limited service life.

Z patentové literatury je známo fluidické provedení obtokových ventilů s prvky bez pohyblivých součástek. Dosud známá uspořádání však mají rovněž určité nevýhody, i když u nich odpadají problémy jaké mají dosavadní ventily s mechanickým přenosem ovládacího účinku. U provedení s fluidickým vírovým uzávěrem je to zejména určitý únik výfukových plynů i při malých otáčkách turbodmychadla. Přímo ze samotného principu funkce vírového uzávěru vyplývá, že se tento nedostatek u známých konstrukcí vírových prvků nedá odstranit. Vhodnější je jiné známé uspořádání s rozváděcím fluidickým prvkem proudového typu. To však je konstrukčně složitější, neboř k realizaci funkce je zapotřebí nejméně jeden další fluidický prvek, například vírová dioda v přívodu řídicího průtoku a nemá-li docházet k příliš velkým energetickým ztrátám při velké kontrakci v napájecí trysce, pak je nutné doplnění ještě dalším fluidickým prvkem v jenktorovém spoji obtoku.Fluidized bypass valves with elements without moving parts are known from the patent literature. However, the prior art arrangements also have some disadvantages, although they do not have the problems of prior art mechanical transfer valves. In the fluid vortex design, this is particularly a certain exhaust gas leak even at low turbocharger speeds. It is clear from the very principle of the vortex cap function that this deficiency cannot be eliminated with known vortex element designs. Another known arrangement with a flow-type fluid distribution element is preferable. This is, however, more complicated in design since at least one additional fluid element is required to carry out the function, for example a vortex diode in the control flow inlet and if there is not to be too much energy loss due to a large contraction in the feed nozzle. in the bypass junction.

Kromě této nevýhody vyšší ceny způsobené větší složitostí je nevýhodou známého provedení s proudovým rozváděcím prvkem také energetická ztráta způsobená dosti značným trvalým odtokem tlakového vzduchu z výtlačného potrubí dmychadla dvěma spojovacími kanálky do dvou řídicích trysek rozváděcího prvku.In addition to this disadvantage of higher cost due to greater complexity, the disadvantage of the known flow distributor design is also the energy loss caused by a fairly sustained outflow of compressed air from the blower discharge line through the two connecting ducts to the two distributor nozzle control nozzles.

Uvedené nevýhody jsou řešeny ústrojím s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla, s proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla, mající rovněž napájecí trysku napojenu na výfukový kanál spalovacího motoru a první kolektor připojen na hlavní vstup turbiny turbodmychadla a druhý kolektor připojen na obtok, přičemž řídicí tryska je napojena prostřednictvím spojovacího kanálku na výtlačné potrubí kompresoru, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu ko~ -v lektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna.These disadvantages are solved by a turbocharger bypass system, a turbocharger bypass valve having also a supply nozzle connected to an exhaust duct of an internal combustion engine, and a first collector connected to a main turbocharger turbine inlet and a second collector turbocharger connected to a bypass, the control nozzle being connected via a duct to a compressor discharge line according to the invention. Its essence is that the feed nozzle is located in a direction directly opposite the first collector, with a stationary retaining wall located on the side of the path from the mouth of the feed nozzle to the first collector.

U uspořádání podle tohoto vynálezu tedy zcela odpadá druhá řídicí tryska a s ní spojený přívod řídicího průtoku s vírovoudiodou. Celé uspořádání je jednodušší a výrobně levnější. Odpadá také ztráta tlakového vzduchu z výtlačného potrubí dmychadla spojovacím kanálkem do druhé řídicí trysky a zlepšuje se tak účinnost přeplňování. Přitom však zůstává zachována výhoda ústrojí pracujícího zcela bez pohyblivých součástek a není zde tedy nic, co by se mohlo opotřebovat, vyběhat, zaseknout a nejsou zde tedy žádná uložení, která by bylo nutné mazat, ani těsnění, které by se mohlo vyběhat a bylo by nutné je vyměňovat. Má tedy ústrojí vysokou životnost bez nároků na obsluhu.Thus, in the arrangement according to the invention, the second control nozzle and the associated control flow inlet with the fluid conduit are completely omitted. The whole arrangement is simpler and cheaper to manufacture. Also, the loss of compressed air from the blower discharge pipe through the connection channel to the second control nozzle is eliminated and the supercharging efficiency is improved. However, the advantage of a device that is completely free of moving parts is retained, so there is nothing that can be worn out, run out, jammed, and there are no bearings that need to be lubricated or a seal that can run out they need to be replaced. Thus, the device has a long service life without the need for operator.

Vynález a jeho účinky jsou vysvětleny v popise příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněn řez ústrojím představujícím příklad konkrétního provedení, na obr. 2 schematické znázornění použitého výkonového fluidického monostabil3 ního proudového zesilovače a na obr. 3 je znázorněna jeho charakteristika ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla podle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its effects are explained in the description of an exemplary embodiment of the accompanying drawing, wherein FIG. 1 is a cross-sectional view of a device representative of a particular embodiment; FIG. 2 shows a schematic representation of a fluidized monostable power amplifier used; Characteristics of the device with a fluid flow distributor for bypass correction of the turbocharger function of the invention.

Fluidické korekční ústrojí v provedení podle obr. 1 je tvořeno pouze jediným fluidickým prvkem proudového typu, monostabilním zesilovačem 100. Jeho napájecí tryska 101 je napojena na výfukové potrubí 21 spalovacího motoru a jeho první kolektorem 102 je napojen na vstup turbiny 20, kdežto druhý kolektor 103 je napojen na výfuk 22. Napájecí tryska 101 v něm ústí do interakční dutiny, jejíž jednu stěnu tvoří přídržná stěna 105 vedoucí od ústí napájecí trysky 101 k prvnímu kolektoru 102. Mezi hrdly obou kolektorů 102, 103 je zde žlábkový dělič 106.The fluidic correction device of the embodiment of FIG. 1 is made up of only one fluid-type flow element, a monostable amplifier 100. Its supply nozzle 101 is connected to the exhaust manifold 21 of the internal combustion engine and its first collector 102 is connected to the turbine inlet 20, the supply nozzle 101 therein opens into an interaction cavity, one wall of which is formed by a retaining wall 105 extending from the mouth of the supply nozzle 101 to the first collector 102. Between the orifices of the two collectors 102, 103 there is a trough divider 106.

Zlábek na jeho nosu spolu s tvarováním stěn interakční dutiny protilehlých k přídržné stěně 105 vytváří v monostabilním zesilovači 100 negativní vnitřní zpětnou vazbu, zajištující při malých průtocích řídicí tryskou 104 přilnutí proudu vytékajícího z napájecí trysky 101 k přídržné stěně 105. Řídicí tryska 104 je vyvedena těsně za ústím napájecí trysky 101 do interakční dutiny monostabilního zesilovače 100 . Řídicí tryska 104 je napojena spojovacím kanálkem 2 na výtlačné potrubí 12 dmychadla. Na obr. 1 je znázorněna poloha elektrofluidického převodníku 22/ který by byl použit v případě, že by korekční ústrojí mělo být ovládáno řídicím mikropočítačem vozidla.The groove on its nose, along with the shaping of the walls of the interaction cavity opposite to the retaining wall 105, creates a negative internal feedback in the monostable amplifier 100, ensuring low flow through the control nozzle 104 to adhere current flowing from the feed nozzle 101 to the retaining wall 105. beyond the mouth of the supply nozzle 101 into the interaction cavity of the monostable amplifier 100. The control nozzle 104 is connected via a communication channel 2 to the blower discharge line 12. FIG. 1 shows the position of the electrofluidic transducer 22 which would be used if the correction device were to be controlled by a vehicle control microcomputer.

V příkladu provedení na obr. 1 se jedná o turbodmychadlo s korigovanými vlastnostmi s fluidickým korekčním ústrojím podle vynálezu, a sice o turbodmychadlo určené pro malý vozidlový vznětový motor. Je znázorněno v řezu vedeném rovinou procházející osou rotujících součástek turbodmychadla a přívodními i odváděcími potrubími. Vzduch, nasávaný z atmosféry přes nezakreslený čistič přichází na levé straně sacím potrubím 11 do kompresoru 10, ze kterého vystupuje výtlačným potrubím 12. ^{To ve}^^e k vlastnímu motoru, zde již zase nekreslenému. Výfukové plyny z motoru jsou pak zase vedeny výfukovým potrubím 21 k turbině 22 pohánějící kompresor 22· ^z turbiny 20 vycházejí výfukové plyny pro expanzi výfukem 22 do tlumiče 22· ^u znázorněného provedení je použita obtoková korekce funkce turbodmychadla, při které po dosažení určitého výstupního přetlaku na výstupu kompresoru 10 je postupně stále se zvětšující část výfukových plynů vedena obtokem zcela mimo turbinu 20 přímo do výfuku 22· Na principu fluidického korekčního ústrojí by se však v zásadě nic neměnilo i při použití dvoukanálové turbiny 22' ^u by obtok vedl nikoliv přímo do výfuku 22' ^a^^e do druhého vstupu turbiny turbodmychadla.In the embodiment of Fig. 1, it is a turbocharger with corrected properties with a fluidized-bed correction device according to the invention, namely a turbocharger intended for a small vehicle diesel engine. It is shown in cross-section through a plane passing through the axis of the rotating turbocharger components and inlet and outlet pipes. Air sucked from the atmosphere through a filter, not shown, arrives at the left side of the suction pipe 11 into the compressor 10 from which a discharge pipe 12. ^That ^ ^e ⁱⁿ the actual engine, are already nekreslenému again. Exhaust gases from the engine are in turn fed the exhaust pipe 21 to the turbine 22 drives the compressor 22 · ^of turbine 20 based on exhaust for expansion muffler 22 into the muffler 22 · ^{In the} illustrated embodiment, a bypass correction feature turbochargers, in which after a certain outlet pressure on the output of the compressor 10 is gradually increasing part of the exhaust gases bypassed completely out of the turbine 20 directly into the exhaust 22 · the principle fluidic correction mechanism should, however, essentially no difference, even with two-channel turbine 22 ^'at the bypass led rather than directly into the exhaust pipe 22 ^'and ^e ^ to the second inlet of the turbocharger turbine.

Na obr. 2 je schematické znázornění monostabilního zesilovače 100 * Tryska, v nichž ve směru proudění dochází k postupnému zmenšování průřezu a kinematická energie protékající tekutiny se zde zvětšuje na úkor energie tlakové, jsou zde znázorněny jako černé, vyplněné trojúhelníčky. Naopak jako bílé, nevyplněné trojúhelníčky jsou, jak je obvyklé, znázorněny ty součástky, v nichž se ve směru proudění naopak protékaný průřez zvětšuje a kinematická energie tekutiny se tedy naopak mění na tlakovou.Fig. 2 is a schematic representation of a monostable amplifier 100 * nozzle in which the cross-sectional direction decreases gradually and the kinematic energy flowing through the fluid increases here at the expense of the pressure energy, shown as black, filled triangles. On the other hand, as white, unfilled triangles are, as usual, those parts in which the cross-section flowing in the flow direction increases and the kinematic energy of the fluid, on the contrary, changes into pressure.

Ze schémat na obr. 1 a 2 je patrné, že napájecí tryska 101 směřuje proti prvnímu kolektoru 102, přičemž po straně dráhy od ústí napájecí trysky 101 k prvnímu kolektoru 105 je umístěna přídržná stěna 105. Druhý kolektor 103 je pak vůči této dráze poněkud vpravo proud vytékající z napájecí trysky 101 do něj může být odkloněn výtokem z řídicí* trysky 104 vyústující mezi ústím napájecí trysky 101 a počátkem přídržné stěny 105. Na obr. 2 je také zachycen řídicí průtok οΜ_χ a výstupní průtok oM_y vedoucí výstupem Y do obtoku. Je zde také označen napájecí přívod S, ventilační vývod V a řídicí přívod X.1 and 2, the feed nozzle 101 faces the first collector 102, with a retaining wall 105 located at the side of the path from the mouth of the feed nozzle 101 to the first collector 105. The second collector 103 is then somewhat to the right. current flowing from the supply nozzle 101 into it may be diverted from discharge control * 104 opening out of the nozzle between the orifice of the supply nozzle 101 and the beginning of the holding wall 105. in FIG. 2 it also shows a control flow _οΜ χ and _y oM outlet flow leading to the bypass output y . The power inlet S, the ventilation outlet V and the control connection X are also indicated.

Na obr. 3 je zachycen schematický diagram závislosti výstupního průtoku oM_y z obr. 2 na řídicím průtoku οΜ_χ. Pro jednoznačnost je tento diagram znázorněn pro případ, kdy se nemění napájecí průtok vedený do napájecího přívodu S.Fig. 3 shows a schematic diagram of the output flow oM _y of Fig. 2 on the control flow οΜ _χ . For the sake of clarity, this diagram is shown for the case where the supply flow to supply S does not change.

V důsledku Coandova jevu přilnutí proudu k vodicí stěně 105, jakož i z důvodů k nimž vede bilance průtočných hybností napájecího a řídicího proudu jestliže napájecí tryska 101 je směrována do prvního kolektoru 102 až do určité překlápěcí úrovně /οΜ_χ/_ζ řídicího průtoku οΜ_χ zůstává proud výfukových plynů veden do prvního kolektoru 102 a výstupní průtok οΜ_γ na obr. 3 je tedy nulový. Pokud by se určitá část proudu plynů vytékajících z napájecí tryšky 101 snažila téci mimo žlábkový dělič 106 do druhého kolektoru 103, uplatní se u provedení z obr. 1 použitá negativní vnitřní zpětná vazba, tato část plynů je žlábkem obrácena nazpět do interakční dutiny, vrací se podél její stěny protilehlé k přídržné stěně 105 a působí ze strany na proud plynů z napájecí trysky 101 tak, že tento proud se snaží přitisknout k přídržné stěně 105. Takto se tedy zajištuje, že při malých otáčkách motoru, odpovídajících i malému přetlaku ve výtlačném potrubí 12 a malému řídicímu průtoku οΜ_χ, nedochází ke ztrátě využitelných výfukových plynů obtokem mimo turbinu 20♦As a result of the Coanda effect adhesion power to the guide wall 105, and also for reasons of which leads balance the flow momentum of the power and control current when the supply nozzle 101 is directed into the first collector 102 up to a certain Switching level / _οΜ χ / _ζ flow control _οΜ χ current remains The exhaust flow οΜ _γ in Fig. 3 is thus zero. If a portion of the gas stream flowing from the feed nozzle 101 tries to flow out of the channel divider 106 into the second collector 103, the negative internal feedback used in the embodiment of FIG. 1 is applied, the portion of the gases being channeled back into the interaction cavity. along its wall opposite to the retaining wall 105 and acting sideways on the gas flow from the feed nozzle 101 by trying to press it against the retaining wall 105. Thus, it is ensured that at low engine speeds corresponding to low overpressure in the discharge line. 12 and a low control flow οΜ _χ , there is no loss of usable exhaust gas by-pass outside the 20 turb turbine

Po dosažení překlápěcí úrovně /οΜ_χ/_ζ řídicího průtoku οΜ_χ však již tyto vlivy nebudou dostatečně účinné proti hybnostnímu účinku výtoku vzduchu z řídicí trysky 104 a výstupní průtok oMy se podle obr. 3 náhle prudce zvýší a při dalším zvyšování řídicího průtoku οΜ_χpak dále roste s tím, jak je proud výfukových plynů vytékající z napájecí trysky 101 více vychylován ze svého původního směru a je veden do druhého kolektoru 103. Ve skutečném zapojení z obr. 1 není ovšem splněna podmínka konstantního napájecího přetlaku použitá pro sestrojení grafu na obr. 3, napájecí přetlak zde roste společně s řídicím průtokem a to má za následek, že nedojde k prudkému skoku, zachycenému na obr. 3. Konkrétní průběh průtoků při zapojení monostabilního zesilovače 100 do obvodu z obr. 1 však nelze jednoznačně zakreslit, bude závislý na konkrétních charakteristikách ostatních použitých obvodových členů, zejména turbodmychadla.After reaching Switching level / _οΜ χ / _ζ flow control _οΜ χ However, these effects are not sufficiently effective against hybnostnímu action of the air outflow from the control orifice 104 and the outlet flow OMYA, according to FIG. 3 suddenly increases and further increases the control flow _οΜ χ then it further increases as the exhaust stream flowing from the feed nozzle 101 is more deflected from its original direction and fed to the second collector 103. However, in the actual circuit of FIG. 1, the constant feed pressure condition used to construct the graph in FIG. 3, the supply overpressure here increases along with the control flow, and this does not result in the abrupt jump shown in FIG. 3. However, the specific flow pattern when the monostable amplifier 100 is connected to the circuit of FIG. the specific characteristics of the others used for of the peripheral members, in particular the turbochargers.

Předpokládá se, že vynález bude používán v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.It is envisaged that the invention will be used in the field of internal combustion engines, in particular vehicle engines.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A turbocharger bypass system for bypass correction of the turbocharger function, having a supply nozzle connected to the exhaust manifold of an internal combustion engine, and a first collector connected to the main inlet of the turbocharger turbine by a second collector connected to the bypass and control nozzle connected via a duct with characterized in that the feed nozzle (101) is located in a direction directly opposite the first collector (102), wherein a stationary retaining wall (105) is disposed on the path side from the mouth of the feed nozzle (101) to the first collector (102).