Деселератор, встроенный в выхлопную систему транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания - RU2218470C2

Чертежи

Описание

Область техники
Настоящее изобретение относится к деселератору, устанавливаемому в выхлопной системе транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере один клапан, снабженный подвижной заслонкой, и управляющий этой заслонкой цилиндр, который включает в себя подвижный поршень, снабженный штоком, соединенным с упомянутой подвижной заслонкой, и по меньшей мере одно уравнительное устройство для выравнивания противодавления, создаваемого при воздействии указанной подвижной заслонки на газы. Уравнительное устройство приводится в действие, когда заслонка находится в закрытом положении, начиная с определенной пороговой величины противодавления, и при достижении противодавлением указанной пороговой величины открывает подвижную заслонку на степень I возврата в открытое положение с тем, чтобы создать соответствующий расход выпуска выхлопных газов для регулирования этого противодавления независимо от режима работы двигателя.

Уровень техники
Данный тип деселератора хорошо известен, в частности, в области промышленных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Учитывая большую инерцию этих машин, в них в дополнение к тормозной системе необходимо применение деселератора, который встраивается в выхлопной тракт, предпочтительно между двигателем и глушителем, и обычно устанавливается на выходе турбокомпрессора, питаемого от выхлопного коллектора. Обычно деселератор управляется левой педалью, чтобы избежать одновременного нажатия на педаль сцепления. Деселератор позволяет создавать противодавление в выхлопной системе.

Такое противодавление может быть более или менее высоким в зависимости от положения заслонки и степени ее открытия. Противодавление обеспечивает снижение числа оборотов двигателя, дополняя тем самым действие тормозной системы транспортного средства. Чем выше противодавление, тем эффективнее осуществляется снижение скорости. Однако необходимо ограничивать это противодавление до максимально допустимого давления для выхлопного коллектора во избежание повторного открытия впускных клапанов. Это противодавление зависит от давления выхлопных газов на заслонку и находится в асимптотической функции работы двигателя. Следовательно, каждому режиму работы двигателя соответствует определенный уровень противодавления и соответственно определенный уровень снижения скорости. В целях оптимизации процесса снижения скорости стремятся сделать эту функцию постоянной для любых режимов работы двигателя, начиная с самых малых оборотов, при этом противодавление не должно превышать максимально допустимого давления.

Одно из известных устройств описано в европейской заявке ЕР 536284, в котором модулятор выпуска выхлопных газов содержит перекрывающую заслонку с двумя выпускными отверстиями, перекрываемыми с помощью плоских пружин различной жесткости. По достижении первого уровня противодавления первая плоская пружина открывает первое выхлопное отверстие, открывая проход для части выхлопных газов. По достижении второго уровня противодавления вторая плоская пружина открывает второе выхлопное отверстие, увеличивая таким образом расход выхлопных газов. Это устройство позволяет ограничить противодавление, но создает ступенчатый процесс замедления, то есть не является оптимальным. Кроме того, плоские пружины подвергаются температурным нагрузкам и агрессивному воздействию выхлопных газов. Вследствие этого со временем их работа нарушается, отрицательно влияя на срабатывание при открывании и закрывании. На практике под действием температуры выхлопных газов плоские пружины утрачивают жесткость, и выхлопные отверстия остаются в постоянно открытом положении, уменьшая таким образом противодавление и эффективность замедления. Более того, поскольку система регулирования встроена в заслонку, то невозможна ее дополнительная установка при послепродажном обслуживании на уже действующие деселераторы.

Устройство другого типа описано в опубликованной заявке Франции 2481367. В данном устройстве предусмотрено уравнительное устройство для выравнивания противодавления, смонтированное на конце штока цилиндра и соединенное с рычагом заслонки посредством шарового шарнира. Таким образом, это устройство расположено снаружи и является консольным. Следовательно, оно подвергается агрессивному воздействию окружения двигателя, а именно выбросам воды, грязи, солей, масел и т.д. Кроме того, оно создает значительную массу на конце штока, являясь источником преждевременного износа цилиндра и увеличивая риск излома штока, а также дает существенное увеличение инерции этого штока, что, в свою очередь, ведет к увеличению времени открывания и закрывания клапана деселератора. Этому устройству также необходима специальная монтажная деталь на штоке цилиндра, а поскольку движение штока направляется в этом случае слишком слабо, может появиться риск его заклинивания.

В патенте США 4669585 описано устройство, сходное с указанным выше, но приспособленное к шиберному затвору, размеры которого по высоте существенно превосходят размеры поворотного затвора. В данном уравнительном устройстве в заслонке клапана предусмотрено отверстие, перекрываемое пластиной, которая соединена с концом штока цилиндра. Этот шток может под действием пружины входить в поршень, если противодавление достигает некоторого порогового значения. Указанная пластина имеет с выхлопными газами очень малую поверхность контакта, что уменьшает эффективность деселератора. Кроме того, это устройство подвергается прямому агрессивному воздействию выхлопных газов и вследствие этого может преждевременно выйти из строя, что уменьшает надежность устройства. Это устройство также сложно и дорого в изготовлении. На него также влияют паразитные нагрузки, поскольку противодавление действует в направлении, перпендикулярном перемещению описанной выше пластины, еще больше снижая эффективность и надежность устройства.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является улучшение используемых в настоящее время деселераторов и создание простого, компактного и недорогого уравнительного устройства для выравнивания противодавления, позволяющего получать постоянные и максимальные характеристики замедления независимо от режима работы двигателя. При этом предлагаемое устройство обеспечивает надежность и стабильность работы на весь срок эксплуатации и отсутствие риска разрушения вследствие агрессивного воздействия выхлопных газов и высоких температур, защищено от агрессивной внешней среды со стороны двигателя (выбросы воды, грязи, солей, масел и т.д.) и не оказывает влияния на инерцию деселератора, т.е. на эффективность открывания и закрывания заслонки. Другой задачей является обеспечение возможности простого и экономичного монтажа уравнительного устройства на уже находящихся в эксплуатации деселераторах в рамках послепродажного обслуживания.

Решение поставленной задачи достигнуто путем создания деселератора такого типа, как это описано в ограничительной части формулы. Отличительные особенности деселератора заключаются в том, что указанное уравнительное устройство встроено в управляющий цилиндр с установкой внутри этого цилиндра между подвижным поршнем и штоком цилиндра, причем шток выполнен с возможностью смещения на ход С' по отношению к подвижному поршню, при этом указанный ход С' соответствует степени I возврата в открытое положение и регулируется по меньшей мере одной управляющей тарированной пружиной, расположенной между упомянутым подвижным поршнем и штоком.

Таким образом, управление давлением выхлопных газов выше заслонки осуществляется посредством выравнивания сил на уровне управляющего цилиндра. Вследствие этого функция выравнивания давлений отделена от функции замедления и передана цилиндру. Это устраняет воздействие на уравнительное устройство агрессивных газов выхлопной системы и их повышенной температуры, а также агрессивное воздействие внешней среды (выбросы различного рода), обеспечивая таким образом эффективную и надежную работу в течение всего срока эксплуатации.

В одном из предпочтительных вариантов поршень имеет коаксиальную полость, а шток снабжен головкой, входящей в эту полость, причем в полости позади головки помещена управляющая тарированная пружина.

В другом варианте выполнения поршень состоит из двух соединенных частей, а полость расположена внутри этих двух частей.

В оптимальном варианте выполнения управляющая пружина оттарирована таким образом, что она сжимается, начиная с величины силы, соответствующей упомянутой выше пороговой величине предварительно заданного противодавления.

В еще одном варианте максимальный ход С' штока цилиндра находится в пределах от 0 до 10 мм и предпочтительно равен 5 мм, при этом заслонка выполнена поворотной, а степень I возврата в открытое положение является углом α, максимальная величина которого находится в пределах от 0 до 20^o и предпочтительно равна 10^o.

В другом оптимальном варианте полость имеет длину, по меньшей мере равную сумме длины сжатой управляющей тарированной пружины, толщины головки штока и максимального хода С' штока, а ось А поворота заслонки смещена по отношению к оси В симметрии этой заслонки на величину d, находящуюся в пределах от 0,5 до 5 мм.

В наиболее предпочтительном варианте цилиндр снабжен двумя отдельными подшипниками, предназначенными для направления штока вдоль оси, причем один из подшипников размещен в поршне, а другой - в неподвижном кольце, закрывающем корпус цилиндра.

Перечень фигур чертежей
Далее изобретение и его преимущества будут пояснены на примере выполнения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг.1 изображает в перспективе общий вид деселератора, установленного на выходе турбокомпрессора,
фиг.2 изображает деселератор на виде в разрезе по оси,
фиг. 3-5 изображают деселератор на виде сверху в разрезе, соответственно в нерабочем положении с открытой заслонкой, при работе с закрытой заслонкой и в равновесном положении, со слегка приоткрытой заслонкой.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Как показано на фиг.1, деселератор 1 установлен обычным образом в выхлопной системе промышленной машины общего назначения с двигателем внутреннего сгорания, на выходе турбокомпрессора ТС, к которому отработанные газы двигателя (не показан) поступают из выхлопного коллектора СЕ.

Представленный в разрезе на фиг.2 деселератор 1 содержит клапан 2, управляемый органом 3 управления. Клапан 2 имеет корпус 4, образующий канал 5 для прохода выхлопных газов в направлении стрелок F, и полость 6 для подвижной заслонки 7, которая установлена в корпусе 4 поперечно указанному каналу 5 и предназначена для удержания выхлопных газов выше по ходу потока, когда заслонка находится в закрытом положении. На концах корпуса 4 предусмотрены монтажные фланцы 4а и 4b для присоединения перед деселератором к соответствующему фланцу турбокомпрессора ТС, а за деселератором - к соответствующему фланцу выхлопной трубы (не показана). Очевидно, что в зависимости от типа деселератора монтажные фланцы 4а и 4b могут быть заменены любым другим эквивалентным устройством типа зажимных хомутов и т.п.

Представленная на чертеже подвижная заслонка 7 представляет собой поворотный дроссельный затвор, установленный на валу 8 с осью А, причем один конец вала проходит через корпус 4 и соединен с органом 3 управления. Следует отметить, что ось А, соответствующая оси поворота подвижной заслонки 7, смещена от оси симметрии В затвора на расстояние d, которое может составлять от 0,5 до 5 мм в зависимости от размеров деселератора. Цели этого осевого смещения будут пояснены далее. Естественно, можно предусмотреть любую другую форму заслонки, такую как конусная пробка, шарик или золотник.

Корпус 4 клапана 2 имеет полость разрежения 4' в виде криволинейного канала, который выполняется в процессе отливки корпуса и сообщается со сверлением для прохода вала 8. Этот канал имеет верхний глухой конец вблизи вала 8 и открытый выход в проходной канал 5 за заслонкой по ходу потока. Полость разрежения 4' обеспечивает надежное уплотнение в деселераторе 1 между валом 8 и корпусом 4. Действительно, когда заслонка 7 закрыта, то при попадании выхлопных газов между этими двумя деталями они автоматически отводятся через полость 4', которая благодаря разнице давлений по обе стороны от заслонки образует всасывающее устройство и поэтому названа полостью разрежения.

Управляющим органом 3 является цилиндр 9, который может быть гидравлическим, пневматическим или электрическим и расположен снаружи от корпуса 4 и, следовательно, вне контакта с выхлопными газами. Этот цилиндр 9, смонтированный на опоре 10 посредством крепежного средства 9' типа болт/гайка, образующего неподвижную ось D. Цилиндр 9 содержит внутренний подвижный поршень 11 (фиг.3-5) и выходящий наружу шток 12, присоединенный к валу 8 заслонки 7 при помощи шарового шарнира 13 и рычага 14, причем шаровой шарнир 13 определяет ось Е шарнирного соединения. На виде сверху (фиг.3-5) точки, соответствующие осям А, D и Е, образуют треугольник, определяющий кинематику открытия и закрытия поворотной заслонки 7, а также длину рычага 14 и штока 12 цилиндра. Эти точки не должны находиться на одной прямой ни в одной из позиций элементов устройства. Опора 10 цилиндра 9 расположена на корпусе 4 клапана 2, а уплотнительное кольцо 10' предназначено для устранения малейшей возможности проникновения выхлопных газов внутрь деселератора 1.

Управление деселератором 1 осуществляется водителем промышленного транспортного средства посредством педали управления. При нормальной работе транспортного средства деселератор 1 находится в нерабочем положении, то есть подвижная заслонка 7 открыта (фиг. 3) и допускает свободный проход выхлопных газов.

При торможении в цилиндр 9 подается жидкость под давлением, шток 12 выдвигается и вызывает закрытие заслонки 7 (фиг.4). При этом выхлопные газы удерживаются и создается противодавление, которое вызывает снижение числа оборотов двигателя и соответственно снижение скорости движения машины. Следует уточнить, что даже в полностью закрытом положении подвижная заслонка 7 допускает выход выхлопных газов с пониженным расходом во избежание малейшего риска блокировки двигателя и создания высокого давления, опасного для расположенного выше по потоку оборудования.

На фиг. 3-5 показаны различные положения деселератора 1 на виде сверху, где также представлен в разрезе управляющий цилиндр 9.

Фиг. 3 изображает деселератор 1 в нерабочем положении. В цилиндр не подается жидкость по давлением, поршень 11 расположен возле отверстия 15 подвода жидкости, шток 12 втянут и подвижная заслонка 7 находится в открытом положении, т.е. ориентирована параллельно потоку выхлопных газов.

Фиг.4 изображает деселератор 1 в рабочем положении. В цилиндр 9 подается жидкость под давлением, поршень 11 перемещается на длину хода С, шток 12 при этом также смещается на ход С, вызывая поворот подвижной заслонки 7 на четверть оборота. Подвижная заслонка 7 находится при этом в закрытом положении, т. е. ориентирована перпендикулярно потоку выхлопных газов и создает противодавление. Как пояснялось выше, подвижная заслонка 7 и полость 6 для подвижной заслонки выполнены таким образом, что допускают проход газов со значительно сниженным расходом. Уплотнение соединений между элементами цилиндра 9 обеспечивается тороидальным уплотнительным кольцом 16 на поршне 11 и подшипником 17 в соединении поршня со штоком 12. Неподвижное кольцо 18 закрывает корпус цилиндра 9 и направляет движение штока 12 с помощью подшипника 19. Таким образом, движение штока 12 вдоль продольной оси направляется посредством двух подшипников 17 и 19 в виде втулок, которые являются самосмазывающимися и обеспечивают достаточную направляющую поверхность для равномерного движения штока в осевом направлении без риска заклинивания. Две концентричные возвратные пружины 20 и 21 сжатия установлены между неподвижным кольцом 18 и поршнем 11, чтобы обеспечивать возврат поршня 11 в нерабочее положение после прекращения подачи жидкости под давлением. Эти две возвратные пружины 20 и 21 могут быть заменены одной возвратной пружиной или любым другим аналогичным средством в зависимости от типа деселератора. Ход поршня 11 ограничен упором, образующимся при контакте двух подшипников 17 и 19, при этом возвратные пружины 20 и 21 сжаты. Возвратные пружины 20 и 21 рассчитаны таким образом, что при максимальном сжатии пружин их витки не соприкасаются; таким образом снижается усталость пружин и устраняется образование ими жесткого упора. Возвратные пружины 20 и 21 установлены и направляются посредством буртиков 11', 11" и 18', 18" соответственно на поршне 11 и на неподвижном кольце 18.

Фиг.5 изображает деселератор 1 в равновесном положении. В цилиндр 9 подается рабочая жидкость под давлением, поршень 11 находится в том же положении, что на фиг.4, шток 12 выдвинут. Однако давление газов выше подвижной заслонки 7 возросло до величины выше порогового значения противодавления, которое не должно превышать максимальной величины допустимого противодавления и определяется уравнительным устройством 25. Уравнительное устройство 25, которое будет описано ниже, допускает частичное и ограниченное приоткрывание заслонки 7 до определенной степени I возврата в открытое положение с тем, чтобы увеличить расход потока выпускаемых газов. В этом примере выполнения деселератора 1 независимо от режима работы двигателя подвижная заслонка 7 устанавливается в равновесное положение, ограниченное степенью I ее возможного возврата в открытое положение, обеспечивая постоянное и максимальное замедление в пределах соответствия определенному заранее заданному противодавлению, которое может быть максимально допустимым противодавлением выхлопного коллектора СЕ.

Уравнительное устройство 25 является частью цилиндра 9 и встроено в него. Оно содержит шток 12 цилиндра, который не имеет жесткой связи с поршнем 11, и управляющую тарированную пружину 26, встроенную между штоком и поршнем. Тарированная пружина 26, в данном примере выполнения пружина сжатия, может быть заменена любым другим соответствующим элементом управления. В поршне 11 предусмотрена коаксиальная полость 27, в которой помещена тарированная пружина 26 и в которую входит соответствующий конец штока 12, имеющий головку 28, диаметр которой больше диаметра штока. Длина полости 27 равна по меньшей мере сумме длины управляющей тарированной пружины 26 в сжатом состоянии, толщины головки 28 штока 12 и длины хода С' штока 12. Установка уравнительного устройства 25 внутри цилиндра 9 требует выполнения поршня 11 из двух частей 11а и 11b, соединенных винтами или любыми другими крепежными средствами, например при помощи завальцовывания; при этом внутри этих двух частей выполнена полость 27.

В нормальном режиме работы управляющая тарированная пружина 26 передает на шток 12 толкающее усилие, выдвигая его до упора головки 28 штока на дно полости 27. Эта пружина 26 оттарирована таким образом, чтобы выдерживать силу сжатия, соответствующую предварительно заданному определенному порогу противодавления на уровне подвижной заслонки 7, причем этот порог равен или меньше максимально допустимого противодавления в коллекторе СЕ. При величинах выше этого порогового значения управляющая тарированная пружина 26 сжимается и допускает отход штока 12 на ход С' под действием давления выхлопных газов на заслонку 7. С этой целью, как уже упоминалось выше, ось поворота А подвижной заслонки 7 смещена по отношению к ее оси симметрии В, создавая таким образом крутящий момент для компенсирующего открывания подвижной заслонки 7 под действием противодавления выхлопных газов. Ход С' штока 12 допускает возврат в открытое положение подвижной заслонки 7 на величину степени I возврата в открытое положение, которая на данном чертеже равна углу α поворота подвижной заслонки, с увеличением расхода выпускаемых выхлопных газов. Максимальный ход С' ограничен частью 11а поршня и головкой 28 штока, когда эта головка 28 упирается в дно полости 27. В зависимости от типа деселератора указанный ход С' может лежать в пределах от 0 до 10 мм и предпочтительно составляет 5 мм, что соответствует степени I максимального возврата в открытое положение; при этом максимальный угол α поворота подвижной заслонки лежит в пределах от 0 до 20^o и предпочтительно составляет 10^o.

Далее, при любом режиме работы двигателя указанный угол α меняется между минимальным и максимальным значениями в зависимости от давления выхлопных газов, например между 0 и 10^o, что обеспечивает постоянное противодавление, не превышающее максимально допустимое давление в выхлопном коллекторе СЕ. Таким образом, это уравнительное устройство 25 позволяет управлять давлением газов выше заслонки посредством уравновешивания сил на уровне штока 12 цилиндра 9.

Из описания следует, что данное изобретение позволяет улучшить имеющиеся в настоящее время в наличии деселераторы, предлагая простое, недорогое, эффективное, компактное и встроенное в управляющий цилиндр 9 уравнительное устройство 25, вынесенное за пределы выхлопной системы. Функции замедления и уравновешивания также разделены. За счет этого управляющий цилиндр 9, оснащенный уравнительным устройством 25, и само уравнительное устройство не подвергаются ни воздействию высоких температур, ни агрессивному воздействию выхлопных газов, ни агрессивному воздействию внешней по отношению к двигателю среды. Поскольку уравнительное устройство 25 встроено в цилиндр 9, оно не создает никаких паразитных нагрузок на шток цилиндра, которые могли бы отрицательно влиять на скорость его реакции при открывании и закрывании заслонки. Более того, его можно предлагать при послепродажном обслуживании для установки на существующие деселераторы, и оно устанавливается очень легко без необходимости демонтажа клапана 2.

Данное изобретение не ограничивается описанным примером выполнения, оно может содержать различные изменения и модификации, очевидные для специалиста в данной области.

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к деселераторам, встраиваемым в выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет получить постоянную и максимальную мощность снижения скорости движения независимо от режима работы двигателя. Деселератор, установленный в выхлопной системе транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержит по меньшей мере один клапан, снабженный подвижной заслонкой, и управляющий этой заслонкой цилиндр, который включает в себя подвижный поршень, снабженный штоком, соединенным с упомянутой подвижной заслонкой, и по меньшей мере одно уравнительное устройство для выравнивания противодавления, создаваемого при воздействии указанной подвижной заслонки на газы. Уравнительное устройство приводится в действие, когда подвижная заслонка находится в закрытом положении, начиная с определенной пороговой величины противодавления. При достижении противодавлением указанной пороговой величины уравнительное устройство открывает подвижную заслонку на степень I возврата в открытое положение с тем, чтобы создавать соответствующий расход выпуска выхлопных газов для регулирования этого противодавления независимо от режима работы двигателя. Уравнительное устройство встроено в управляющий цилиндр с установкой внутри этого цилиндра между подвижным поршнем и штоком цилиндра. Шток выполнен с возможностью смещения на ход С' по отношению к подвижному поршню. Ход С' соответствует степени I возврата в открытое положение и регулируется, по меньшей мере, одной управляющей тарированной пружиной, расположенной между упомянутым подвижным поршнем и штоком. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула