Патент на изобретение №2253025
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к двигателестроению. Способ заключается в том, что часть воздуха направляют в двигатель через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в дополнительный контур, в котором осуществляют смесеобразование, топливовоздушную смесь подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где дополнительно ее турбулизируют и распыливают, а регулирование мощности и управление параметрами потока на входе в цилиндры осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительного контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. В другом способе часть воздушного потока направляют через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в цилиндры двигателя, в которых осуществляется смесеобразование, воздух из дополнительного контура подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где происходит вихреобразование, а регулирование мощности и управление параметрами потока на входе в цилиндры осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительных контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. Представлено устройство для реализации способов работы двигателя. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и уменьшение токсичности двигателя. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для улучшения эффективных показателей двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Известно устройство, содержащее по меньшей мере, два впускных канала, расположенных на разной высоте под углом к надклапанной камере, и дроссельную заслонку, размещенную в верхнем впускном канале, причем последний сопряжен с надклапанной камерой тангенциально. С целью повышения вихреобразования путем уменьшения аэродинамического сопротивления надклапанная камера выполнена в виде тела вращения, впускные каналы в местах сопряжения с надклапанной камерой выполнены цилиндрическими, нижний канал сопряжен с надклапанной камерой тангенциально, причем сопряжение впускных каналов с надклапанной камерой расположены с разных сторон относительно ее оси [А.С. СССР N1455001, МКИ F 02 В 31/00, 1989 г.]. Недостатком известного устройства является невозможность регулирования параметров заряда на входе в цилиндры на различных режимах работы двигателя. Известен способ работы ДВС, в котором поток воздуха направляют в двигатель через воздушный контур, регулирование мощности производят открытием заслонки воздушного контура, а топливо из системы питания подают в каналы воздушного контура [Патент США N4409944, НКИ. 123-445, опубл. в 1983 г.]; этот способ выбран в качестве прототипа. Недостатком известного способа является невысокое качество смесеобразования, особенно на режимах малых нагрузок, и невозможность регулирования параметров заряда на входе в цилиндры двигателя на различных режимах работы двигателя. Операции этого способа могут быть осуществлены устройством, содержащим воздушный контур с заслонкой и систему питания [Патент США N4409944, НКИ. 123-445, опубл. в 1983 г.]; это устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатком известного устройства является невысокая топливная экономичность и невозможность регулирования параметров заряда на входе в цилиндры на различных режимах работы двигателя. Задачей изобретения является повышение топливной экономичности и уменьшение токсичности ДВС за счет более качественного смесеобразования и более оптимального газодинамического состояния заряда в цилиндре. Поставленная задача достигается тем, что в способе работы ДВС, заключающемся в том, что поток воздуха направляют в двигатель через воздушный контур, в отличие от прототипа часть потока воздуха направляют в двигатель через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в дополнительный контур, в котором осуществляют процесс смесеобразования, топливовоздушную смесь подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где дополнительно ее турбулизируют и распыливают, а регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительного контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. Кроме того, в отличие от прототипа, воздух из воздушного контура направляют в каналы дополнительного контура, где он турбулизирует и распыливает топливовоздушную смесь. Кроме того, поставленная задача достигается тем, что в способе работы ДВС, заключающемся в том, что поток воздуха направляют в двигатель через воздушный контур, в отличие от прототипа, часть потока воздуха направляют через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в цилиндры двигателя, в которых осуществляют процесс смесеобразования, воздух из дополнительного контура подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где происходит процесс вихреобразования, а регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительного контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. Кроме того, устройство для реализации способа работы ДВС, содержащее воздушный контур с заслонкой и систему питания, в отличие от прототипа снабжено дополнительным параллельным контуром с заслонкой и приводом, регулирующим углы подачи потока воздушного контура относительно потока дополнительного контура, задающим датчиком и блоком управления. Кроме того, в отличие от прототипа, задающий датчик выполнен в виде датчика массового расхода воздуха. Кроме того, в отличие от прототипа, задающий датчик выполнен в виде датчика содержания кислорода в отработавших газах. Кроме того, в отличие от прототипа, в качестве системы питания используют систему центрального впрыска топлива. Кроме того, в отличие от прототипа в качестве системы питания используют карбюратор с переменным проходным сечением дозирующих элементов. Кроме того, в отличие от прототипа, в качестве системы питания используют карбюратор с переменным количеством дозирующих элементов. Кроме того, в отличие от прототипа, в качестве системы питания используют электронный карбюратор с электромагнитными клапанами-дозаторами. Кроме того, в отличие от прототипа, в качестве системы питания используют систему распределенного впрыска топлива с установкой форсунок в каналах дополнительного контура вблизи соединения каналов топливовоздушного контура с индивидуальными патрубками воздушного контура. Кроме того, в отличие от прототипа, в качестве системы питания используют систему непосредственного впрыска топлива. Кроме того, в отличие от прототипа, привод, регулирующий углы подачи потока воздушного контура относительно потока дополнительного контура, выполнен в виде шарнирного узла, приводимого в движение двумя шаговыми электродвигателями. Подача части потока воздуха в двигатель через дополнительный параллельный топливовоздушный контур позволяет получить высокое качество смесеобразования в этом контуре, так как он свободен от функции обеспечения наполнения и может конструироваться лишь исходя из выполнения своей основной функции – обеспечения качественного дозирования, смесеобразования и распределения смеси по цилиндрам с привлечением таких методов как интенсивный подогрев каналов, создание высоких скоростей потока и прочих методов, применение которых было бы крайне затруднено и в полной мере просто невозможно, если бы процессы наполнения и смесеобразования осуществлялись в рамках единого контура. Подача топлива из системы питания в топливовоздушный контур, в котором осуществляют процесс смесеобразования, позволяет обеспечить качественное дозирование, смесеобразование и распределение смеси по цилиндрам в топливовоздушном контуре на всех режимах работы двигателя, т.к. топливовоздушный контур может быть выполнен оптимальным по этим критериям. Подача топливовоздушной смеси в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов обеспечивает дополнительный распыл смеси на стыке контуров, где скорости воздуха высоки, непосредственно перед поступлением заряда в цилиндры. Регулирование мощности двигателя совместной работой заслонок контуров позволяет получить требуемый закон поступления воздуха и смеси в двигатель через воздушный и топливовоздушный контура. Управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя совместной работой заслонок контуров и углами подачи потока из топливовоздушного контура в воздушный контур позволяет получить требуемые параметры завихрения (турбулентности) потока на любом режиме работы двигателя. Подача воздуха из воздушного контура в каналы топливовоздушного контура позволяет изменить соотношение расходов воздуха и смеси через контура и обеспечить работу двигателя поступлением заряда только через топливовоздушный контур в более широком диапазоне режимов. Подача воздуха только через топливовоздушный контур на режимах городского цикла и близких к нему режимах и регулирование мощности изменением положения заслонки топливовоздушного контура при полностью закрытой заслонке воздушного контура позволяет повысить топливную экономичность, т.к. на режимах городского цикла, требующих высокой топливной экономичности, весь воздух проходит в двигатель через оптимальный топливовоздушный контур с очень высокими скоростями, что дополнительно улучшает смесеобразование, снижает межцилиндровую неравномерность, предотвращает выпадение топлива в пленку. Регулирование мощности на режимах максимальной мощности и близких к ним режимах изменением положения заслонки воздушного контура при полностью открытой заслонке топливовоздушного контура позволяет на режимах, требующих высокого наполнения, пропустить большую часть воздуха через воздушный контур, который свободен от функции смесеобразования и конструируется исходя из выполнения своей основной функции – обеспечения высокого наполнения, с привлечением таких методов как настройка впускного тракта, снижение аэродинамических потерь и т.п. Регулирование состава смеси на режимах максимальной мощности и близких к ним режимах подачей дополнительного топлива в топливовоздушный контур по сигналам задающего датчика позволяет обеспечить требуемый состав смеси в цилиндрах ДВС на режимах максимальной мощности и близких к ним режимах. Введение дополнительного топливовоздушного контура с заслонкой позволяет направить в него необходимое количество воздуха, обеспечивая работу двигателя с высокой топливной экономичностью. Задающий датчик и блок управления обеспечивают необходимый состав смеси на режимах совместной работы контуров. Привод, регулирующий углы подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура, обеспечивает оптимальное положение подвода потока, необходимое для получения требуемого газодинамического состояния заряда в цилиндре двигателя. Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа по п.1. На фиг.2 изображена схема устройства для осуществления способа по п.2. На фиг.3 изображена схема устройства для осуществления способа по п.3. На фиг.4 изображена схема устройства для осуществления способа по п.4. На фиг.5 изображена схема расположения углов подачи потока дополнительного контура относительно воздушного контура. На фиг.6 изображено устройство для осуществления примера конкретной реализации способа. Устройство, реализующее способ (фиг.1), содержит воздухозаборник 1, в котором расположен задающий датчик 2. Воздухозаборник 1 соединен с впускным ресивером 3, из которого выходят воздушный контур 4, имеющий дроссельную заслонку 5, и дополнительный контур 6, частично состоящий из эластичного элемента 7, имеющий дроссельную заслонку 8. Дополнительный контур 6 включает в себя систему питания 9 и соединен с воздушным контуром 4 шарнирным узлом 10. На воздушном контуре 4 расположен блок шаговых электродвигателей 11, который приводит шарнирный рычаг 12, регулирующий вертикальный угол подвода потока Устройство, реализующее способ (фиг.2), содержит воздухозаборник 1, в котором расположен задающий датчик 2. Воздухозаборник 1 соединен с впускным ресивером 3, из которого выходят воздушный контур 4, частично состоящий из эластичного элемента 7, имеющий дроссельную заслонку 5, и дополнительный контур 6, имеющий дроссельную заслонку 8. Дополнительный контур 6 включает в себя систему питания 9 и соединен с воздушным контуром 4 шарнирным узлом 10. На дополнительном контуре 6 расположен блок шаговых электродвигателей 11, который приводит шарнирный рычаг 12, регулирующий вертикальный угол подвода потока Устройство, реализующее способ (фиг.3), содержит воздухозаборник 1, соединенный с впускным ресивером 3, из которого выходят воздушный контур 4, имеющий дроссельную заслонку 5 и дополнительный контур 6, частично состоящий из эластичного элемента 7, имеющий дроссельную заслонку 8. Дополнительный контур 6 соединен с воздушным контуром 4 шарнирным узлом 10. На воздушном контуре 4 расположен блок шаговых электродвигателей 11, который приводит шарнирный рычаг 12, регулирующий вертикальный угол подвода потока Устройство, реализующее способ (фиг.4), содержит воздухозаборник 1, в котором расположен задающий датчик 2. Воздухозаборник 1 соединен с впускным ресивером 3, из которого выходят воздушный контур 4, имеющий дроссельную заслонку 5, и дополнительный контур 6, частично состоящий из эластичного элемента 7, имеющий дроссельную заслонку 8. Дополнительный контур 6 соединен с воздушным контуром 4 шарнирным узлом 10. На воздушном контуре 4 расположен блок шаговых электродвигателей 11, который приводит шарнирный рычаг 12, регулирующий вертикальный угол подвода потока Устройство, реализующее способ (фиг.1), работает следующим образом. Через воздухозаборник 1 воздух попадает во впускной ресивер 3, из которого дальше его направляют в воздушный контур 4 и дополнительный контур 6. Топливо из системы питания 9 подают в дополнительный контур 6, в котором осуществляют процесс смесеобразования, а топливовоздушную смесь подают в канал воздушного контура 4 на стыке контуров, где дополнительно турбулизуют и распыливают. Регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой дроссельной заслонкой 5 воздушного контура 4, дроссельной заслонкой 8 дополнительного контура 6 и регулированием углов подачи Устройство, реализующее способ (фиг.2), работает следующим образом. Через воздухозаборник 1 воздух попадает во впускной ресивер 3, из которого дальше его направляют в воздушный контур 4 и дополнительный контур 6. Топливо из системы питания 9 подают в дополнительный контур 6, в котором осуществляют процесс смесеобразования, а воздух из канала воздушного контура 4 в дополнительный контур 6 подают на стыке контуров, где дополнительно турбулизуют и распыливают топливовоздушную смесь. Регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой дроссельной заслонки 5 воздушного контура 4, дроссельной заслонки 8 дополнительного контура 6 и регулированием углов подачи Устройство, реализующее способ (фиг.3), работает следующим образом. Через воздухозаборник 1 воздух попадает во впускной ресивер 3, из которого дальше его направляют в воздушный контур 4 и дополнительный контур 6. Воздух из дополнительного контура 6 подают в канал воздушного контура 4 на стыке контуров, где происходит процесс завихрения потока воздуха. Поток завихренного воздуха подают в цилиндр двигателя 17 через канал впускного клапана 15. Топливо из системы питания 9 подают в цилиндр двигателя 17, где осуществляют процесс смесеобразования. Регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока в цилиндре двигателя осуществляют совместной работой дроссельной заслонки 5 воздушного контура 4, дроссельной заслонки 8 дополнительного контура 6 и регулированием углов подачи Устройство, реализующее способ (фиг.4), работает следующим образом. Через воздухозаборник 1 воздух попадает во впускной ресивер 3, из которого дальше его направляют в воздушный контур 4 и дополнительный контур 6. Воздух из дополнительного контура 6 подают в канал воздушного контура 4 на стыке контуров, где происходит процесс завихрения потока воздуха. Топливо из системы питания 9 подают в конец воздушного контура 4, где осуществляют процесс смесеобразования. Регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой дроссельной заслонки 5 воздушного контура 4, дроссельной заслонки 8 дополнительного контура 6 и регулированием углов подачи ПРИМЕР КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Для реализации способа на двигателе УЗАМ 3317 устанавливают описываемую систему (фиг.6), включающую в себя элементы серийной системы распределенного впрыска топлива, применяемой на двигателях ЗМЗ 406. Данная система (фиг.6) состоит из: 1 – воздухозаборника, 24 – дроссельной заслонки с датчиком массового расхода воздуха, 3 – впускного ресивера, 4 – контура основных патрубков, 5 – дроссельной заслонки основного патрубка, 6 – контура дополнительных патрубок, 7 – эластичного элемента дополнительного патрубка, 9 – системы питания (топливных форсунок), 10 – шарнирного узла соединения основного патрубка с дополнительным патрубком, 11 – блока шаговых электродвигателей, 25 – шарнира регулирования вертикального угла Регулирование мощности происходит открытием дроссельной заслонки 24. Регулирование газодинамического состояния заряда в цилиндрах двигателя при заданном положении дроссельной заслонки 24 осуществляют изменением положения дроссельных заслонок 5 основных патрубков 4, а также положением углов наклона дополнительных патрубков 6 относительно основных патрубков 4. Диаметр дополнительного патрубка 6 равен 0,35 диаметра основного патрубка 4, при этом пропускная способность дополнительных патрубков 6 может обеспечить работу двигателя до 0,4 от номинальной мощности, т.е. работу на режимах городского цикла. На режимах городского цикла, например, на холостом ходу и на малых нагрузках, угол вертикального наклона дополнительных патрубков 6 относительно основных патрубков 4 минимальный, поток из дополнительных патрубков 6 в основные патрубки 4 подается тангенциально, дроссельные заслонки 5 закрыты. Воздух подают только через контур дополнительных патрубков 6. Это необходимо для создания оптимального вихревого движения заряда на впуске. С необходимостью увеличения нагрузки дроссельные заслонки 5 открывают при помощи механизма привода дроссельных заслонок 21, а угол вертикального наклона дополнительных патрубков 6 относительно основных патрубков 4 увеличивают при помощи блока шаговых двигателей 11 и регулировочных шарниров 25 и 26, закрепленных на рейке соединения 20 дополнительных патрубков 6, для уменьшения степени закрутки и шага вихря. Сигнал на блок шаговых двигателей 11 для регулирования углов положения дополнительных патрубков 6 относительно основных 4 подается с блока управления МИКАС 14 в зависимости от сигналов задающего датчика 2. Блок управления МИКАС 14 подробно описан в литературе, например в книге “Автомобиль ГАЗ-3110 “Волга”. Устройство, особенности эксплуатации и руководство по ремонту двигателей ЗМЗ 4062.10, 402.10, 4021.10. М.: OOO “Атласы автомобилей”, 2000 – 256 с.: илл. Под редакцией гл. конструктора ЗМЗ Пичугина В.Б.” Для обеспечения максимального коэффициента наполнения на режимах максимальной мощности поток воздуха из дополнительных патрубков 6 в основные патрубки 4 подают в осевом направлении, а угол вертикального наклона дополнительных патрубков 6 уменьшают. Регулирование количества подаваемого топлива через форсунки 9 осуществляют в зависимости от количества подаваемого воздуха через воздухозаборник 1 при помощи задающего датчика расхода воздуха 2 и блока управления МИКАС 14. По результатам проведенных экспериментов на режимах малых и средних нагрузок выявлено увеличение экономичности до 15% и снижение токсичности по основным показателям СН, СО и NOx до 10% в сравнении с двигателем УЗАМ 3317, имеющим оптимизированную под него систему распределенного впрыска топлива без контура дополнительных патрубков. Таким образом, заявляемый способ работы ДВС и реализующее этот способ устройство позволяют повысить экономичность и уменьшить токсичность ДВС.
Формула изобретения
1. Способ работы ДВС, заключающийся в том, что поток воздуха направляют в двигатель через воздушный контур, отличающийся тем, что часть потока воздуха направляют в двигатель через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в дополнительный контур, в котором осуществляют смесеобразование, топливовоздушную смесь подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где дополнительно ее турбулизируют и распыливают, а регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительного контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух из воздушного контура направляют в каналы дополнительного контура, где он турбулизирует и распыливает топливовоздушную смесь. 3. Способ работы ДВС, заключающийся в том, что часть потока воздуха направляют в двигатель через воздушный контур, отличающийся тем, что часть потока воздуха направляют через дополнительный параллельный контур, топливо из системы питания подают в цилиндры двигателя, в которых осуществляют процесс смесеобразования, воздух из дополнительного контура подают в каналы воздушного контура вблизи впускных клапанов, где происходит процесс вихреобразования, а регулирование мощности двигателя и управление параметрами потока на входе в цилиндры двигателя осуществляют совместной работой заслонок воздушного и дополнительного контуров и регулированием углов подачи потока дополнительного контура относительно потока воздушного контура. 4. Устройство для реализации способа работы ДВС, содержащее воздушный контур с заслонкой и систему питания, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным параллельным контуром с заслонкой и приводом, регулирующим углы подачи потока воздушного контура относительно потока дополнительного контура, задающим датчиком и блоком управления. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что задающий датчик выполнен в виде датчика массового расхода воздуха. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что задающий датчик выполнен в виде датчика содержания кислорода в отработавших газах. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют систему центрального впрыска топлива. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют карбюратор с переменным проходным сечением дозирующих элементов. 9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют карбюратор с переменным количеством дозирующих элементов. 10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют электронный карбюратор с электромагнитными клапанами – дозаторами. 11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют систему распределенного впрыска топлива с установкой форсунок в каналах дополнительного контура вблизи соединения каналов топливовоздушноного контура с индивидуальными патрубками воздушного контура. 12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве системы питания используют систему непосредственного впрыска топлива. 13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что привод, регулирующий углы подачи потока воздушного контура относительно потока дополнительного контура, выполнен в виде шарнирного узла, приводимого в движение двумя шаговыми электродвигателями.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 12.07.2005
Извещение опубликовано: 27.04.2007 БИ: 12/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
(фиг.5) из дополнительного контура 6 в воздушный контур 4, и шарнирный рычаг 13, регулирующий горизонтальный угол подвода потока 
(фиг.5) из дополнительного контура 6 в воздушный контур 4. Блок управления 14 соединен с задающим датчиком 2 системой питания 9 и блоком шаговых двигателей 11.
