Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

Авторы патента:

F02B377 - Поршневые двигатели внутреннего сгорания; двигатели, работающие от сжигания топлива вообще (газотурбинные установки F02C; установки с двигателями, работающими на продуктах сгорания F02C,F02G)

F01D17/14 - изменяющие площадь проходного сечения сопел или подводящих каналов

Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом, содержащему по меньшей мере одну головку блока цилиндров с по меньшей мере двумя цилиндрами и по меньшей мере один турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов с по меньшей мере одной турбиной (1, 11), причем по меньшей мере два цилиндра выполнены с образованием по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром, выпускные магистрали цилиндров из каждой группы цилиндров соединены с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор, по меньшей мере две общих выпускных магистрали присоединены к многоканальной сегментированной турбине (1, 11) таким образом, что, в каждом случае, одна общая выпускная магистраль присоединена к одному из по меньшей мере двух каналов (8, 9) турбины (1, 11). в каждом случае, два смежных канала (8, 9) в корпусе (2) турбины отделены друг от друга посредством стенки (5) корпуса, при этом на стороне ротора по меньшей мере одна стенка (5) корпуса имеет свободный язычковый конец (5a) и заканчивается с промежутком до по меньшей мере одного ротора (3) для образования язычкового промежутка, и при этом предусмотрена подвижная кольцевая опора (5b), которая имеет по меньшей мере один язычковый элемент (5c) и которая является смещаемой поступательным образом вдоль вращающегося вала (4) для изменения язычкового промежутка, при этом когда опора (5b) находится в первом рабочем положении, по меньшей мере один язычковый элемент (5c) удлиняет свободный язычковый конец (5a) стенки (5) корпуса, которая разделяет два смежных канала (8, 9), чтобы язычковый промежуток уменьшался, а когда опора (5b) находится в исходном положении, по меньшей мере один язычковый элемент (5c) расположен прилегающим сбоку к по меньшей мере одному ротору (3). (Фиг. 1a)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

каждый цилиндр имеет по меньшей мере один выходной проем для выпуска выхлопных газов из цилиндра, и к каждому выходному проему примыкает выпускная магистраль,

по меньшей мере два цилиндра выполнены с образованием по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром,

выпускные магистрали цилиндров из каждой группы цилиндров соединяются с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор, и

по меньшей мере две общих выпускных магистрали присоединены к многоканальной сегментированной турбине, которая содержит по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу в корпусе турбины, и по меньшей мере два канала которой - на виде в сечении, перпендикулярном валу ротора, - расположены друг над другом по меньшей мере вдоль дугообразного участка и окружают по меньшей мере один ротор в форме спирали с разными радиусами, и открыты к по меньшей мере одному ротору в каждом случае вдоль кругового дугообразного участка таким образом, что, в каждом случае, одна общая выпускная магистраль присоединена к одному из по меньшей мере двух каналов турбины,

в каждом случае, два смежных канала отделены друг от друга, по меньшей мере на участках и на продолжении общих выпускных магистралей в корпусе турбины, посредством стенки корпуса, при этом на стороне ротора по меньшей мере одна стенка корпуса, которая разделяет два смежных канала, имеет свободный язычковый конец и заканчивается с промежутком до по меньшей мере одного ротора для образования язычкового промежутка, и

многоканальная сегментированная турбина является турбиной по меньшей мере одного турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.

Полезная модель также относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания указанного типа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатель внутреннего сгорания типа, указанного выше, используется в качестве узла привода моторного транспортного средства. В рамках контекста настоящей полезной модели выражение «двигатель внутреннего сгорания» охватывает дизельные двигатели и двигатели с принудительным зажиганием, а также гибридные двигатели внутреннего сгорания, которые используют гибридный процесс сгорания, и гибридные приводы, которые содержат не только двигатель внутреннего сгорания, но также и электрическую машину, которая присоединена в показателях привода к двигателю внутреннего сгорания и которая принимает мощность из двигателя, или которая, в качестве переключаемого вспомогательного привода, выдает дополнительную мощность.

Двигатели внутреннего сгорания имеют блок цилиндров и головку блока цилиндров, которые присоединены друг к другу для формирования цилиндров. Головка блока цилиндров традиционно служит для удерживания клапанного привода. Чтобы управлять заменой заряда, двигатель внутреннего сгорания требует элементов управления, обычно в форме клапанов, и исполнительных устройств для приведения в действие этих элементов управления. Исполнительный механизм привода клапанов, требуемый для движения клапанов, включая сами клапаны, указывается ссылкой как клапанный привод. Во время замены заряда газообразные продукты сгорания выпускаются через выходные проемы по меньшей мере двух цилиндров, и наддув камер сгорания, то есть впуск свежей смеси или наддувочного воздуха, происходит через входные проемы.

Согласно уровню техники, выпускные магистрали, которые примыкают к выходным проемам, по меньшей мере частично встроены в головку блока цилиндров и соединяются, чтобы формировать обычную общую выпускную магистраль, или в группе, чтобы формировать две или более общих выпускных магистрали. Соединение выпускных магистралей для формирования общей выпускной магистрали в целом, в контексте настоящей полезной модели, указывается ссылкой как выпускной коллектор.

Способ, которым выпускные магистрали цилиндров соединяются в специфической ситуации, то есть конструктивная конфигурация системы выпуска выхлопных газов, является существенно зависящим от областей трехмерной регулировочной характеристики, в отношении которых должны быть оптимизированы рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания.

В случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна турбина турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов предусмотрена в системе выпуска выхлопных газов и которые подразумевается, что должны демонстрировать удовлетворительные рабочие характеристики в диапазоне более низких скоростей вращения и/или нагрузки двигателя, то есть в случае относительно низких интенсивностей потока выхлопных газов, требуется, то есть предпочтителен, так называемый импульсный наддув.

Здесь динамические волновые явления, которые возникают в системе выпуска выхлопных газов, в частности, во время смены заряда, должны использоваться для наддува и для улучшения рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания.

Удаление газообразных продуктов сгорания из цилиндра двигателя внутреннего сгорания во время замены заряда основано по существу на двух разных механизмах. Когда выпускной клапан открывается близко к нижней мертвой точке в начале смены заряда, газообразные продукты сгорания текут на высокой скорости через выходной проем в систему выпуска выхлопных газов вследствие высокого уровня давления, преобладающего в цилиндре в конце сгорания и связанного с высоким перепадом давления между камерой сгорания и выпускной магистралью. Указанный побуждаемый давлением процесс истечения выполняется посредством пика высокого давления, который также указывается ссылкой как предвыпускной толчок и который распространяется вдоль выпускной магистрали со скоростью звука, причем давление рассеивается, то есть понижается, в большей или меньшей степени с увеличением пройденного расстояния в результате трения.

Во время дальнейшего хода смены заряда давления в цилиндре и в выпускной магистрали выравниваются, так что газообразные продукты сгорания больше не эвакуируются в основном побуждаемым давлением образом, но скорее выпускаются в результате возвратно-поступательного движения поршня.

На низких скоростях вращения двигателя предвыпускной толчок преимущественно может использоваться для импульсного наддува, при этом короткие по времени импульсы высокого давления могут использоваться максимально продуктивно для использования энергии в турбине. Таким образом, посредством наддува с приводом от выхлопных газов можно формировать высокие степени повышения давления заряда, то есть высокие давления заряда на входной стороне, даже в случае всего лишь низких интенсивностей потока выхлопных газов, в частности, на низких скоростях вращения двигателя.

Импульсный наддув оказался особенно полезным для разгона ротора турбины, то есть для увеличения скорости вращения турбины, которая может падать в ощутимой степени во время работы на холостом ходу двигателя внутреннего сгорания или на низкой нагрузке и которая должна часто вновь повышаться с как можно меньшей задержкой посредством потока выхлопных газов в случае повышенного требования нагрузки. Инерция ротора и трение в комплекте подшипников вала, как правило, замедляют разгон ротора до более высоких скоростей вращения, а потому мешают немедленному подъему давления наддува.

Чтобы быть способными использовать динамические волновые явления, происходящие в системе выпуска выхлопных газов, в частности, толчки перед выходом, для импульсного наддува для улучшения рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания должны сохраняться пики давления или толчки перед выходом в системе выпуска выхлопных газов. Особенно полезно, если импульсы давления усиливаются в выпускных магистралях, но по меньшей мере не ослабляют друг друга и не нейтрализуют друг друга.

Поэтому, целесообразно, чтобы цилиндры группировались или чтобы выпускные магистрали соединялись таким образом, чтобы сохранялись высокие давления, в частности, предвыпускные толчки, отдельных цилиндров в системе выпуска выхлопных газов, а взаимное влияние могло по существу предотвращаться.

Предмет настоящей полезной модели также охватывает двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры сгруппированы. Согласно полезной модели, по меньшей мере два цилиндра выполнены с образованием по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром. Выпускные магистрали цилиндров из каждой группы цилиндров соединяются с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор. Здесь, цилиндры выполнены таким образом, что динамические волновые явления в выпускных магистралях цилиндров группы имеют минимальное возможное неблагоприятное влияние друг на друга.

В головке блока цилиндров, имеющей четыре цилиндра в рядной компоновке, в этом смысле, полезно, чтобы два цилиндра, которые имеют интервал зажигания 360°CA, объединялись, в каждом случае, чтобы формировать группу цилиндров. Например, если зажигание в цилиндрах инициируется в соответствии с последовательностью зажигания 1-2-4-3 или в соответствии с последовательностью зажигания 1-3-4-2, полезно, чтобы внешние цилиндры объединялись для формирования первой группы и чтобы внутренние цилиндры объединялись для формирования второй группы.

Импульсный наддув, однако, также имеет недостатки. Например, смена заряда в целом ухудшается в результате импульсов давления в системе выпуска выхлопных газов. Цилиндры группы могут оказывать мешающее действие, то есть вредное влияние друг на друга во время смены заряда. Волны давления, возникающие из цилиндра, идут не только через по меньшей мере одну выпускную магистраль указанного цилиндра, но также по выпускным магистралям других цилиндров указанной группы, в особенности, возможно до самого выходного проема, предусмотренного на конце соответствующей магистрали. Выхлопные газы, которые уже были вытеснены или выпущены в выпускную магистраль во время смены заряда, таким образом могут снова возвращаться в цилиндр, в особенности, в результате волны давления, происходящей из другого цилиндра. В частности, оказалось неблагоприятным, если к окончанию смены заряда положительное давление преобладает на выходном проеме цилиндра, или волна давления другого цилиндра распространяется по выпускной магистрали в направлении выходного проема, так как это противодействует эвакуации газообразных продуктов сгорания из указанного цилиндра. В указанной фазе смены заряда газообразные продукты сгорания выпускаются главным образом благодаря возвратно-поступательному движению поршня. В отдельных ситуациях даже может иметь место, что выхлопные газы, происходящие из одного цилиндра, проходят в другой цилиндр до того, как закрывается его выпускной клапан. Выхлопные газы, находящиеся в цилиндре, то есть доля остаточных газов, оставшаяся в цилиндре, оказывают значительное влияние на характеристики детонации двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, при этом риск детонационного сгорания возрастает с увеличением доли выхлопных газов.

Также должно быть принято в рассмотрение, что турбина наиболее эффективно работает без толчков, не подвергаясь флуктуации частичных нагрузок. Чтобы дать турбине, которая предусмотрена ниже по потоку от цилиндров в системе выпуска выхлопных газов, возможность эксплуатироваться оптимально на относительно высоких скоростях вращения двигателя, турбина должна приводиться в действие под как можно более постоянным давлением выхлопных газов, по этой причине давление, которое меняется как можно меньше, является предпочтительным выше по потоку от ротора турбины, чтобы осуществлять так называемый плунжерный наддув.

Посредством соответственно большого объема выхлопных газов выше по потоку от ротора пульсации давления в выпускных линиях могут сглаживаться. В этом отношении, группирование цилиндров, в силу которого выпускные магистрали объединяются в группы, приводя к разделению объема системы выпуска выхлопных газов выше по потоку от ротора турбины на множество частичных объемов, оказалось приводящим к обратным результатам.

Что касается плунжерного наддува, скорее было бы полезным, чтобы выпускные магистрали всех цилиндров соединялись в единую общую выпускную магистраль, чтобы сделать объем выхлопных газов системы выпуска выхлопных газов выше по потоку от турбины, которая расположена в указанной общей выпускной магистрали, как можно большим, то есть чтобы максимизировать указанный объем выхлопных газов и минимизировать флуктуации давления.

Таким образом, есть получающееся в результате противоречие целей при конфигурировании системы выпуска выхлопных газов с целью оптимизации системы выпуска выхлопных газов как в отношении низких скоростей вращения двигателя, так и в отношении высоких скоростей вращения двигателя. Группирование цилиндров, чтобы осуществлять импульсный наддув, приводит к надлежащим рабочим характеристикам на низких скоростях вращения двигателя, но недостатки должны допускаться на относительно высоких скоростях вращения двигателя. В противоположность, если как можно больший объем выхлопных газов реализован выше по потоку от турбины, чтобы быть способным использовать преимущества плунжерного наддува, ухудшаются рабочие характеристики на низких скоростях вращения двигателя.

Из уровня техники известны системы, в которых два выпускных коллектора двух групп цилиндров могут присоединяться или отделяться друг от друга (см., например, US 7047739, опубл. 23.05.2006, МПК F01D 17/14; F01D17/16). Система выпуска выхлопных газов, в таком случае, выполняется в зависимости от скорости вращения двигателя, чтобы наддув двигателя посредством импульсного наддува мог осуществляться посредством разделения выпускного коллектора, а наддув двигателя посредством плунжерного наддува мог осуществляться посредством соединения выпускных коллекторов.

Недостаток системы, описанной выше, состоит в том, что в результате соединения коллекторов соединение реализуется близко к выходным проемам цилиндров, тем самым поощряя проблему остаточных газов, описанную выше, и связанную проблему детонации.

Подобным образом, известны системы, в которых каналы многоканальной турбины могут быть присоединены друг к другу и отделены друг от друга в корпусе турбины, при этом каналы присоединяются друг к другу и отделяются друг от друга в зависимости от скорости вращения двигателя, чтобы двигатель внутреннего сгорания работал и подвергался наддуву посредством импульсного наддува и плунжерного наддува соответственно.

Помимо строгого разделения и полного соединения коллекторов или каналов, также были бы интересны концепции или турбины, в которых степень взаимодействия между каналами турбины и, таким образом, характеристики разделения каналов турбины могли подвергаться влиянию.

В таком случае было бы возможным практически на всей трехмерной регулировочной характеристике двигателя внутреннего сгорания, чтобы турбина адаптировалась к крайне широкому многообразию рабочих точек или условий работы, чтобы обеспечивать работу двигателя внутреннего сгорания с наибольшим возможным уровнем оптимизации в отношении расхода топлива и с наименьшими возможными выбросами.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Исходя из уровня техники, который изложен выше, задача настоящей полезной модели состоит в том, чтобы предоставить двигатель внутреннего сгорания с наддувом согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, в котором степень взаимодействия между каналами турбины и характеристики разделения, то есть степень разделения каналов, могли находиться под влиянием.

Дополнительная подзадача настоящей полезной модели состоит в том, чтобы детально изложить способ работы двигателя внутреннего сгорания указанного типа.

Первая задача достигается посредством двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащего по меньшей мере одну головку блока цилиндров с по меньшей мере двумя цилиндрами и по меньшей мере один турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов с по меньшей мере одной турбиной, причем

каждый цилиндр имеет по меньшей мере один выходной проем для выпуска выхлопных газов из цилиндра и к каждому выходному проему примыкает выпускная магистраль,

по меньшей мере две общих выпускных магистрали присоединены к многоканальной сегментированной турбине, которая содержит по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу в корпусе турбины, и по меньшей мере два канала которой - на виде в сечении, перпендикулярном валу ротора, - расположены друг над другом по меньшей мере вдоль дугообразного участка и окружают по меньшей мере один ротор в форме спирали с разными радиусами, и открыты к по меньшей мере одному ротору, в каждом случае, вдоль кругового дугообразного участка таким образом, что, в каждом случае, одна общая выпускная магистраль присоединена к одному из по меньшей мере двух каналов турбины,

многоканальная сегментированная турбина является турбиной по меньшей мере одного турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов,

при этом

предусмотрена подвижная кольцевая опора, которая содержит по меньшей мере один язычковый элемент и которая является смещаемой поступательным образом вдоль вращающегося вала для изменения язычкового промежутка, при этом когда опора находится в первом рабочем положении, по меньшей мере один язычковый элемент удлиняет свободный язычковый конец стенки корпуса, которая разделяет два смежных канала, чтобы язычковый промежуток уменьшался, а когда опора находится в исходном положении, по меньшей мере один язычковый элемент расположен прилегающим сбоку к по меньшей мере одному ротору.

В двигателе внутреннего сгорания согласно полезной модели два смежных канала турбины присоединены или присоединяемы друг к другу на своем конце стороны ротора посредством канала переноса потока, при этом поперечное сечение протока канала переноса потока, а, соответственно, и степень взаимодействия между каналами могут находиться под влиянием изменения язычкового промежутка. Здесь, язычковый промежуток определен в качестве промежутка между свободным язычковым концом стенки корпуса, которая отделяет смежные каналы друг от друга, и по меньшей мере одним ротором или в качестве промежутка между концом язычкового элемента кольцевой опоры, которая, по меньшей мере когда опора находится в первом рабочем положении, удлиняет свободный язычковый конец стенки корпуса, которая разделяет два смежных канала, и по меньшей мере одним ротором.

Полезная модель сосредоточена на взаимодействии между каналами или на влиянии указанного взаимодействия и изменении степени указанного влияния, а не на переходе с плунжерного наддува на импульсный наддув, или наоборот.

Таким образом, достигается первая задача, на которой основана полезная модель, то есть представлен двигатель внутреннего сгорания с наддувом согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, в котором степень взаимодействия между каналами турбины может находиться под влиянием.

Тем не менее, могут быть реализованы варианты осуществления, в которых, когда кольцевая опора находится в первом рабочем положении, смежные каналы турбины и, соответственно, системы выпуска связанных групп цилиндров отделены друг от друга, чтобы каждый канал сообщался только с выпускными магистралями той группы цилиндров, из которой он питается изначально. Это содействует импульсному наддуву с использованием пиков давления, распространяющихся в выпускные коллекторы. Когда опора находится в исходном положении, тогда возможен обмен выхлопными газами между смежными каналами через канал переноса потока. Было бы возможным, чтобы сглаживались флуктуации давления в каналах турбины или чтобы давления в каналах выше по потоку от ротора выравнивались в зависимости от степени взаимодействия между каналами. Особая цель могла бы быть точно определена для отдельной ситуации.

Многоканальные турбины пригодны для двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в котором выпускные магистрали цилиндров соединяются в группы, чтобы осуществлять разделение каналов и чтобы предотвращать взаимодействие между каналами, но только для двигателей внутреннего сгорания со способностью частичного вывода из работы, в которых одна группа цилиндров выполнена в виде отключаемой группы цилиндров и в которых, если уместно, канал выведенной из работы группы цилиндров, подобным образом, должен быть способным выводиться из работы, то есть блокироваться.

Турбины могут быть оснащены переменной геометрией турбины, которая может приспосабливаться посредством регулировки на соответствующую рабочую точку двигателя внутреннего сгорания.

В двигателе внутреннего сгорания согласно полезной модели выпускные магистрали по меньшей мере двух цилиндров соединяются, чтобы формировать по меньшей мере две общих выпускных магистрали, таким образом образуя два выпускных коллектора. В этом отношении варианты осуществления, имеющие три, четыре, пять или более цилиндров, в которых выпускные магистрали более чем двух цилиндров сливаются для формирования двух или более общих выпускных магистралей, подобным образом, являются двигателями внутреннего сгорания согласно полезной модели, при этом, в таком случае, могла бы использоваться трехканальная, четырехканальная или пятиканальная турбина.

Дополнительные полезные варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания согласно полезной модели будут пояснены вместе с зависимыми пунктами формулы полезной модели.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых опора является регулируемой в двух положениях и располагается в первом рабочем положении либо в исходном положении.

Управление опорой упрощается, если опора выполнена, чтобы быть переключаемой в двух положениях, чтобы стенка корпуса, которая разделяет два смежных канала, была удлинена на своем свободном язычковом конце по меньшей мере одним язычковым элементом, либо, иначе, указанный по меньшей мере один язычковый элемент был расположен прилегающим сбоку к по меньшей мере одному ротору. Это, в частности, предлагает преимущество в затратах.

Опора, однако, также может быть переключаемой непрерывно переменным образом, чтобы по меньшей мере один язычковый элемент удлинял стенку корпуса только вдоль секции ее свободного язычкового конца, а оставшаяся секция не удлинялась, то есть оставалась не удлиненной и сохраняла свою исходную протяженность. Количество степеней свободы для оказания влияния на взаимодействие между каналами турбины значительно увеличивается.

Также полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых опора является регулируемой непрерывно переменным образом между первым рабочим положением и исходным положением. То есть все положения между первым рабочим положением и исходным положением образуют дополнительные рабочие положения.

Полезны варианты осуществления, в которых опора может управляться электрически, гидравлически, пневматически, механически или магнитным образом, предпочтительно посредством контроллера двигателя у двигателя внутреннего сгорания.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один язычковый элемент выполнен за одно целое с опорой, а опора и по меньшей мере один язычковый элемент образуют монолитный компонент.

Может быть предусмотрено, то есть, создано соединение между опорой и по меньшей мере одним язычковым элементом. Указанное соединение может быть реализовано в силу изготовления двух компонентов в одной детали, то есть как целая часть, согласно варианту осуществления, приведенному выше, или, в качестве альтернативы, посредством образующего одно целое, не принудительно смыкающегося или принудительно смыкающегося соединения двух компонентов.

Вариант осуществления в качестве монолитного компонента устраняет необходимость в соединительном средстве, таком как винты, заклепки или тому подобное, для формирования соединения. Конструктивная потребность в обеспечении пространства для установки соединительного средства, таким образом, также может быть исключена.

Более того, количество компонентов значительно сокращается, если опора и по меньшей мере один язычковый элемент сформированы в качестве монолитного компонента. Благодаря тому обстоятельству, что меньшее количество компонентов должно быть произведено и соединено, происходят меньшие погрешности сборки и/или изготовления. Это оказывает благоприятное воздействие на функциональные возможности и срок службы.

Как уже указанно выше, однако, также могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых опора и по меньшей мере один язычковый элемент составляют отдельные компоненты, которые присоединены друг к другу.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых многоканальная сегментированная турбина является турбиной двойного потока с двумя каналами.

В случае турбины двойного потока, два канала расположены друг над другом на виде в сечении, перпендикулярном оси вращения по меньшей мере одного ротора, при этом два канала охватывают по меньшей мере один ротор в форме спирали с разными радиусами по меньшей мере вдоль дугообразной секции.

В случае турбины двойного потока, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых два канала открываются к по меньшей мере одному ротору, в каждом случае, вдоль кругового дугообразного участка в 180°. В таком случае два канала подают выхлопные газы по меньшей мере на один ротор через имеющие равный размер круговые дуги по окружности ротора.

Вместе с турбиной двойного потока полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых опора имеет два язычковых элемента, которые, когда опора находится в первом рабочем положении, каждый, удлиняют свободный язычковый конец одной из всего двух стенок корпуса, которые отделяют два смежных канала друг от друга.

В случае турбины двойного потока, два канала, расположенных друг над другом, отделены друг от друга стенкой корпуса, проходящей внутри корпуса турбины, при этом стенка корпуса, которая разграничивает корпус снаружи, как правило, разделяет каналы во входной области турбины, то есть, подобным образом, образует стенку корпуса, которая отделяет два смежных канала друг от друга. В таком случае необходимо предусматривать два язычковых элемента, чтобы две стенки корпуса удлинялись, когда опора находится в первом рабочем положении.

В этой связи, однако, также могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых опора имеет один язычковый элемент, который, когда опора находится в первом рабочем положении, удлиняет свободный язычковый конец одной стенки корпуса, которая отделяет два смежных канала друг от друга. В отдельных случаях стенка корпуса, которая разграничивает корпус снаружи, не служит для разделения каналов, чтобы только стенка корпуса, проходящая внутри корпуса турбины, образовывала стенку корпуса, которая отделяет смежные каналы друг от друга.

По существу, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых опора имеет такое же количество язычковых элементов, как содержит каналов турбина, или варианты осуществления, в которых опора имеет на один язычковый элемент меньше, чем содержит каналов турбина.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна стенка корпуса является неподвижной стенкой, которая прочно присоединена к корпусу. Указанный вариант осуществления стенки корпуса гарантирует, что тепло, привнесенное в стенку корпуса раскаленными выхлопными газами, выделяется в и через корпус благоприятным образом и в достаточной степени.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых выпускные линии цилиндров каждой группы цилиндров сливаются с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор, в головке блока цилиндров.

Многоканальная турбина, предусмотренная в системе выпуска выхлопных газов, в таком случае, может быть расположена очень близко к выпуску двигателя внутреннего сгорания, то есть близко к выходным проемам цилиндров. Это обладает несколькими преимуществами, в частности, так как выпускные магистрали между цилиндрами и турбиной укорачиваются.

Укорачивается не только тракт для выхлопных газов в турбину, но также уменьшаются как объем отдельных выпускных коллекторов, так и объем всей системы выпуска выхлопных газов ниже по потоку от турбины. Тепловая инерция системы выпуска выхлопных газов снижается, подобным образом, в результате уменьшения массы и длины выпускных магистралей, о которых идет речь.

Таким образом, энтальпия выхлопных газов у раскаленных выхлопных газов, которая в значительной степени определяется давлением выхлопных газов и температурой выхлопных газов, может использоваться оптимально, и могут обеспечиваться характеристики быстрой реакции турбины.

Предложенная мера также дает в результате компактную конструкцию головки блока цилиндров и, таким образом, двигателя внутреннего сгорания согласно полезной модели и дает возможность плотной компоновки узла привода в целом.

Укорачивание длин магистралей и связанное уменьшение размера объема выхлопных газов выше по потоку от ротора улучшают характеристики реакции турбины и содействуют импульсному наддуву в диапазоне низких нагрузок и скоростей вращения двигателя.

Вторая подзадача, на которой основана полезная модель, более точно, задача детального изложения способа работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом описанного выше типа, достигается посредством способа, в котором опора переносится в первое рабочее положение, чтобы повышать степень разделения по меньшей мере двух каналов уменьшением язычкового промежутка.

То, что было изложено в связи с двигателем внутреннего сгорания согласно полезной модели, подобным образом, применяется к способу согласно полезной модели.

Полезны варианты осуществления способа, в которых опора переводится в первое рабочее положение, чтобы содействовать импульсному наддуву.

Полезны варианты способа, в которых смещение опоры выполняется управляемым трехмерной регулировочной характеристикой.

Полезны варианты способа, в которых опора переводится в исходное положение в пользу высоких нагрузок и/или в пользу высоких скоростей вращения двигателя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Полезная модель будет подробнее описана ниже на основе примерного варианта осуществления и фигур 1, 2, 3 и 4. На фигурах:

фиг. 1 схематично показывает двухканальную турбину по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, показанную в сечении перпендикулярно оси вращения ротора, и с опорой, расположенной в исходном положении,

фиг. 2 схематично показывает турбину, проиллюстрированную на фиг. 1, в сечении, повернутом на 90° относительно фиг. 1,

фиг. 3 схематично показывает турбину, проиллюстрированную на фиг. 1, показанную в сечении перпендикулярно по отношению к оси вращения ротора, с опорой, расположенной в первом рабочем положении, и

фиг. 4 схематично показывает турбину, проиллюстрированную на фиг. 3, в сечении, повернутом на 90° относительно фиг. 3.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Фиг. 1 схематично показывает двухканальную турбину 1 по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, показанную в сечении перпендикулярно оси 4 вращения ротора 3, и с опорой 5b, расположенной в исходном положении. Турбина 1 является двухканальной сегментированной турбиной 11, также указываемой ссылкой как турбина 11 двойного потока.

Турбина 11 двойного потока имеет корпус 2 турбины, в котором ротор 3 установлен на вращающемся валу 4. Турбина 11 двойного потока отличается тем обстоятельством, что два канала 8, 9 расположены поверх один другого, охватывают ротор 3 в форме спирали на разных радиусах по меньшей мере вдоль дугообразного участка и открываются в направлении ротора 3, в каждом случае, вдоль кругового дугообразного участка. Два входных проема 6, 7 турбины 11 двойного потока расположены во фланце 10 корпуса 5, при этом к каждому входному проему 6, 7 примыкает один канал 8, 9 турбины 1. Каждый канал 8, 9 турбины 1 присоединен к одной общей выпускной магистрали двигателя внутреннего сгорания (не проиллюстрировано).

Два смежных канала 8, 9 отделены друг от друга на продолжении общих выпускных магистралей в корпусе 2 турбины посредством стенки 5 корпуса, при этом на стороне ротора стенка 5 корпуса имеет свободный язычковый конец 5а и заканчивается с промежутком до ротора 3, чтобы язычковый промежуток r формировался с тем результатом, что канал переноса потока образуется между каналами 8, 9. В дополнение к указанной стенке 5 корпуса, которая проходит внутри корпуса 2 турбины, турбина 1 имеет дополнительную стенку 5 корпуса, которая отделяет каналы 8, 9 друг от друга во входной области турбины 1 и которая, на стороне ротора, подобным образом, имеет свободный язычковый конец 5а.

В исходном положении, проиллюстрированном на фиг. 1, опора 5b расположена смежно сбоку к ротору 3. Это показано на фиг. 2, которая схематично показывает турбину 1, проиллюстрированную на фиг. 1, в сечении, повернутом на этапе 90° относительно фиг. 1.

Опора 5b является кольцевой, имеет два язычковых элемента 5с и, с целью изменения язычкового промежутка r, является смещаемой поступательным образом вдоль вращающегося вала 4 (двойная стрелка). В проиллюстрированном исходном положении два язычковых элемента 5с, аналогично самой опоре 5а, также расположены смежно сбоку к ротору 3.

Фиг. 3 и 4 схематично показывают турбину 1, проиллюстрированную на фиг. 1, с опорой 5b в первом рабочем положении, при этом фиг. 3 показывает сечение, перпендикулярное оси 4 вращения ротора 3, а фиг. 4 показывает сечение, повернутое на 90° относительно фиг. 3.

Предпринята попытка пояснять только различия относительно фиг. 1 и 2, по этой причине, в противном случае, ссылка делается на фиг. 1 и 2 и связанное описание. Одинаковые ссылочные позиции использовались для идентичных компонентов.

Опора 5b, которая была переведена в первое рабочее положение посредством поступательного смещения с целью изменения язычкового промежутка, или два язычковых элемента 5с опоры 5b удлиняют две стенки 5 корпуса, которые отделяют каналы 8, 9 друг от друга, тем самым, язычковый промежуток r₁ уменьшается в каждом случае. Предпринята попытка, чтобы опора 5b присоединялась как можно более газонепроницаемым образом в первом рабочем положении.

Проиллюстрированная турбина 11 двойного потока имеет две стенки 5 корпуса, которые разделяют два канала 8, 9 и которые могут удлиняться, в особенности, стенка 5 корпуса, которая проходит внутри корпуса 2 турбины, и стенка 5 корпуса, которая разграничивает корпус 2 снаружи и которая отделяет каналы 8, 9 друг от друга во входной области турбины 1. В этом отношении опора 5b должна иметь два язычковых элемента 5с, чтобы удлинять две стенки 5 корпуса на их свободных язычковых концах 5а, когда опора 5b находится в первом рабочем положении.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Двухканальная турбина

2 - Корпус турбины

3 - Ротор

4 - Ось вращения, вал

5 - Стенка корпуса

5a - Свободный язычковый конец стенки корпуса, которая разделает смежные каналы

5b - Кольцевая опора

5c - Язычковый элемент опоры

6 - Первый входной проем

7 - Второй входной проем

8 - Первый канал

9 - Второй канал

10 - Фланец

11 - Турбина двойного потока, двухканальная сегментированная турбина

r - Язычковый промежуток в исходном положении

r₁ - Язычковый промежуток в первом рабочем положении

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий по меньшей мере одну головку блока цилиндров с по меньшей мере двумя цилиндрами и по меньшей мере один турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов с по меньшей мере одной турбиной (1, 11), причем

каждый цилиндр имеет по меньшей мере один выходной проем для выпуска выхлопных газов из цилиндра, причем к каждому выходному проему примыкает выпускная магистраль,

по меньшей мере два цилиндра выполнены с образованием по меньшей мере двух групп, в каждом случае с по меньшей мере одним цилиндром,

выпускные магистрали цилиндров из каждой группы цилиндров соединены с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор,

по меньшей мере две общих выпускных магистрали присоединены к многоканальной сегментированной турбине (1, 11), которая содержит по меньшей мере один ротор (3), установленный на вращающемся валу (4) в корпусе (2) турбины, и по меньшей мере два канала (8, 9) которой на виде в сечении, перпендикулярном валу (4) ротора (3), расположены друг над другом по меньшей мере вдоль дугообразного участка и окружают по меньшей мере один ротор (3) в форме спирали с разными радиусами, и открыты к по меньшей мере одному ротору (3) в каждом случае вдоль кругового дугообразного участка таким образом, что в каждом случае одна общая выпускная магистраль присоединена к одному из по меньшей мере двух каналов (8, 9) турбины (1, 11), в каждом случае два смежных канала (8, 9) отделены друг от друга по меньшей мере на участках и на продолжении общих выпускных магистралей в корпусе (2) турбины посредством стенки (5) корпуса, при этом на стороне ротора по меньшей мере одна стенка (5) корпуса, которая разделяет два смежных канала (8, 9), имеет свободный язычковый конец (5a) и заканчивается с промежутком до по меньшей мере одного ротора (3) для образования язычкового промежутка, и многоканальная сегментированная турбина (1, 11) является турбиной (1, 11) по меньшей мере одного турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов, при этом предусмотрена подвижная кольцевая опора (5b), которая содержит по меньшей мере один язычковый элемент (5c) и которая является смещаемой поступательным образом вдоль вращающегося вала (4) для изменения язычкового промежутка, при этом, когда опора (5b) находится в первом рабочем положении, по меньшей мере один язычковый элемент (5c) удлиняет свободный язычковый конец (5a) стенки (5) корпуса, которая разделяет два смежных канала (8, 9), чтобы язычковый промежуток уменьшался, а когда опора (5b) находится в исходном положении, по меньшей мере один язычковый элемент (5c) расположен прилегающим сбоку к по меньшей мере одному ротору (3).

2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором опора (5b) является регулируемой в двух положениях и располагается в первом рабочем положении или в исходном положении.

3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором опора (5b) является регулируемой непрерывно переменным образом между первым рабочим положением и исходным положением.

4. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-3, в котором по меньшей мере один язычковый элемент (5c) выполнен за одно целое с опорой (5b), причем опора (5b) и по меньшей мере один язычковый элемент (5c) образуют монолитный компонент.

5. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-3, в котором опора (5b) и по меньшей мере один язычковый элемент (5c) составляют отдельные компоненты, которые присоединены друг к другу.

6. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-3, в котором многоканальная сегментированная турбина (1) является турбиной (11) двойного потока с двумя каналами (8, 9).

7. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 6, в котором два канала (8, 9) открыты к по меньшей мере одному ротору (3) в каждом случае вдоль кругового дугообразного участка в 180°.

8. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 6, в котором опора (5b) имеет два язычковых элемента (5c), которые, когда опора (5b) находится в первом рабочем положении, каждый, удлиняют свободный язычковый конец (5a) одной из всего двух стенок (5) корпуса, которые отделяют два смежных канала (8, 9) друг от друга.

9. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 6, в котором опора (5b) имеет один язычковый элемент (5c), который,

когда опора (5b) находится в первом рабочем положении, удлиняет свободный язычковый конец (5a) одной стенки (5) корпуса, которая отделяет два смежных канала (8, 9) друг от друга.

10. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-3, в котором опора (5b) имеет такое же количество язычковых элементов (5c), как турбина (1, 11) содержит каналов (8, 9).

11. Двигатель внутреннего сгорания по любому из пп. 1-3, в котором по меньшей мере одна стенка (5) корпуса является неподвижной стенкой, которая прочно присоединена к корпусу (2).

12. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-3, в котором выпускные магистрали цилиндров каждой группы цилиндров соединяются с образованием соответствующей общей выпускной магистрали, таким образом образуя выпускной коллектор в головке блока цилиндров.