Система питания двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом
Использование: управление наддувом двигателя внутреннего сгорания при запуске, при постоянных и переменных нагрузках, а также на установившихся и неустановившихся режимах. Задача: обеспечение возможности работы двигателя в режимах бензинового и дизельного, причем с изменением тактности его рабочего цикла; упрощение конструкции двигателя, увеличении его кпд и мощности. Технический результат: исключение впускного клапана и применении вместо него форсунки, в которой образуется горючая смесь. Система содержит турбокомпрессор 1, ресивер 2, форсунку 3, источники топлива 4 и 5 (бензин и дизельное топливо), электромагнитные управляемые клапаны 6, 7, 8. Турбокомпрессор 1 подсоединен к выпускному трубопроводу двигателя (не показан), а в напорном трубопроводе турбокомпрессора установлен ресивер 2. Форсунка 3 одним своим входом через клапан 6 связана (соединена) с ресивером 2, а другим своим входом через клапаны 7 и 8 связана (соединена) с источниками (топливными баками) бензинового топлива 4 и дизельного топлива 5. При этом источников топлива может быть как два (как показано на фиг.), так и один - с бензином или с дизельным топливом. Кроме того, роторный вал турбокомпрессора 1 выполнен инерционным за счет либо увеличения массы собственно ротора, либо путем установки на роторе маховика.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, содержащим нагнетатели, приводимые в действие энергией выхлопа.
Уровень техники
Известна система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбокомпрессор, подсоединенный к выпускному трубопроводу двигателя, и впускной клапан для подачи воздуха в цилиндр двигателя, соединенный с напорным трубопроводом турбокомпрессора (Пузанков А.Г. Автомобили: Устройство автотранспортных средств: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. - M.: Издательский центр «Академия», 2004. - С.172).
Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного технических решений, заключаются в наличии турбокомпрессора, подсоединенного к выпускному трубопроводу двигателя.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, обеспечиваемого изобретением, заключается в использовании впускного клапана.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок к впускному коллектору и через газоприемное отверстие к выпускному коллектору двигателя, топливный насос высокого давления, байпасный канал, дополнительный нагнетатель с электроприводом, подключенный через воздухо-приемное отверстие к воздушному фильтру и через напорный трубопровод
к напорной магистрали турбокомпрессора, установленную в воздухонапорном трубопроводе дополнительного нагнетателя дросселирующую заслонку с первым исполнительным механизмом и электрическую цепь с замком зажигания, ресивер, установленный в напорном трубопроводе турбокомпрессора, манометрический датчик включения электропривода дополнительного нагнетателя, расположенным на ресивере и подключенным посредством электрической цепи к замку зажигания и к электроприводу дополнительного нагнетателя, воздуходросселирующий механизм, содержащий задатчик работы, электронный блок, соединенный с задатчиком работы, установленным на топливном насосе высокого давления, электрическую схему связи и второй исполнительный механизм с запорным органом, размещенным в напорном трубопроводе трубокомпрессора и дополнительного нагнетателя, включатель аварийного наддува, расположенный в кабине водителя и включенный в электрическую схему связи параллельно манометрическому датчику, телескопическое соединение тяг привода дроссельной заслонки и предохранительный клапан, установленный в байпасном канале воздухонапорного трубопровода дополнительного нагнетателя (Патент РФ №2037630 С1, М. кл. F 02 B 37/00, 1995).
Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного технических решений, заключаются в наличии турбокомпрессора и ресивера, установленного в напорном трубопроводе турбокомпрессора.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, обеспечиваемого изобретением, заключается в необходимости применения впускного клапана для подачи заряда воздуха в цилиндр под давлением, что обусловливает классическое применение наддува для увеличения наполнения цилиндров воздухом с целью повышения эффективности сгорания одновременно увеличенной дозы впрыскиваемого топлива. При этом впускной клапан работает от коленчатого вала, что снижает кпд двигателя. Клапан, кроме того,
инерционен, что ограничивает максимальную частоту вращения вала двигателя, снижая тем самым мощность двигателя, так как ограничивает количество циклов.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности работы двигателя в режимах бензинового и дизельного, причем с изменением тактности его рабочего цикла. Задача также заключается в упрощении конструкции двигателя, увеличении его кпд и мощности.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в исключении впускного клапана и применении вместо него форсунки, в которой образуется горючая смесь. Возможность такой замены обусловлена тем, что в заявленной системе приготовление топливной смеси осуществляется в форсунке. При этом исключение из конструкции двигателя впускного клапана упрощает конструкцию двигателя, увеличивает его кпд и мощность. Это связано с тем, что впускной клапан имеет подвижные механические элементы, обладающие известной инерционностью, ограничивающей максимальную частоту вращения вала и вследствие этого мощность двигателя. Клапан также связан с коленчатым валом, что усложняет конструкцию двигателя и дополнительно снижает его мощность и кпд. Исключение впускного клапана дает, кроме того, возможность увеличить количество выпускных клапанов, что ускоряет освобождение цилиндров двигателя от продуктов сгорания и как следствие дополнительно увеличивает его мощность за счет возможности увеличения количества циклов.
Достигается технический результат тем, что система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания содержит турбокомпрессор, роторный вал которого выполнен инерционным и который подсоединен к выпускному трубопроводу двигателя, ресивер, установленный в напорном трубопроводе
турбокомпрессора, и по крайней мере одну форсунку, связанную с по крайней мере одним источником топлива и с упомянутым ресивером с возможностью регулируемого образования в форсунке соответствующей топливно-воздушной смеси для регулируемой подачи этой смеси в рабочий цилиндр двигателя внутреннего сгорания.
Новыми являются признаки, касающиеся наличия форсунки, связи форсунки с ресивером и выполнения роторного вала турбокомпрессора инерционным.
Краткое описание чертежей
На фиг. изображена функциональная схема системы турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.
Осуществление изобретения
Система содержит турбокомпрессор 1, ресивер 2, форсунку 3, источники топлива 4 и 5 (бензин и дизельное топливо), электромагнитные управляемые клапаны 6, 7, 8.
Турбокомпрессор 1 подсоединен к выпускному трубопроводу двигателя (не показан), а в напорном трубопроводе турбокомпрессора установлен ресивер 2. Форсунка 3 одним своим входом через клапан 6 связана (соединена) с ресивером 2, а другим своим входом через клапаны 7 и 8 связана (соединена) с источниками (топливными баками) бензинового топлива 4 и дизельного топлива 5. При этом источников топлива может быть как два (как показано на фиг.), так и один - с бензином или с дизельным топливом. В последнем случае вместо двух клапанов 7 и 8 система будет содержать только один клапан 7. Кроме того, роторный вал турбокомпрессора 1 выполнен инерционным за счет либо увеличения массы собственно ротора (не показан), либо путем установки на роторе маховика (также не показан). Выполнение ротора инерционным дает возможность аккумулирования кинетической энергии его вращения, что делает работу форсунки 3 мало зависимой от режима работы двигателя.
Наличие ресивера усиливает данный эффект и тем самым обеспечивает устойчивую работу форсунки 3 при варьировании режима работы двигателя в широких пределах.
Работа системы заключается в следующем.
В исходном состоянии, когда двигатель не работает, ресивер 2 должен иметь определенный запас воздуха с минимально необходимым давлением для обеспечения начальной подачи топливной смеси в цилиндры двигателя и работы пневмостартера. На тот случай, если в ресивере нет воздуха, система должна иметь небольшой компрессор с электрическим приводом для начального заполнения ресивера 2 воздухом до минимально необходимого давления.
В процессе работы двигателя бортовой компьютер (не показан), к которому подсоединены управляющие входы клапанов 6, 7 и 8, в определенные моменты времени, определяемые автоматически исходя из необходимого режима работы двигателя, подает сигнал на открытие клапана 6 и одновременно одного из клапанов 7, 8 в течении заданного периода времени. Вследствие этого в течение указанного периода времени в форсунку 3 из ресивера 2 поступает воздух, а из одного из топливных баков 4 или 5 поступает соответствующее топливо. При этом для поступления топлива в форсунку (если это бензин) не обязательно применение топливного насоса высокого давления; бензин может поступать за счет эжекторного эффекта, который возможно создать в форсунке без применения эжектора как отдельного устройства. Если же для работы двигателя используется дизельное топливо, то указанный насос необходим.
В форсунке 3 происходит смешивание воздуха и топлива в необходимой пропорции, определяемой степенью открывания того или иного клапана. Образовавшаяся таким образом топливно-воздушная смесь через форсунку 3 поступает в рабочий цилиндр двигателя.
В общем случае система может содержать не одну форсунку, а несколько для обеспечения синхронной работы блока рабочих цилиндров двигателя. В любом случае изменение режима работы двигателя осуществляется бортовым компьютером автоматически путем изменения количественного состава топливно-воздушной смеси, изменения качественного состава этой смеси (изменение вида топлива - бензин или дизельное топливо), а также путем изменения способа выполнения рабочего цикла двигателя, что делает двигатель универсальным, снижает его стоимость, повышает мощность и кпд, а также экономит топливо.
Система питания двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая турбокомпрессор, роторный вал которого выполнен инерционным и который подсоединен к выпускному трубопроводу двигателя, ресивер, установленный в напорном трубопроводе турбокомпрессора, и по крайней мере, одну форсунку, связанную с, по крайней мере, одним источником топлива и с упомянутым ресивером через управляемые клапаны.
