Устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода
Изобретение относится к области двигателестроения и, в частности, к системам воздухообеспечения.
Технический результат направлен на увеличение коэффициента наполнения и, как следствие, на повышение мощностных и экономических показателей двигателя, на снижение дымности и токсичности отработавших газов.
Технический результат, достигается тем, что впускной трубопровод каждого цилиндра выполнен составным и состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, причем внутренний трубопровод выполнен за одно целое с воздушным ресивером, а внешний трубопровод скользит по внешней поверхности внутреннего трубопровода, на которую нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В, причем на внутреннем и внешнем трубопроводах закреплен с помощью хомутов гофрированный трубопровод, соединенный с рычагом, закрепленным на валу понижающего редуктора, приводимого во вращение электродвигателем постоянного тока, получающего сигналы (команды) от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов.
Полезная модель относится к области двигателестроения и, в частности, к системам воздухообеспечения.
Известен составной впускной коллектор (патент США 
6234130, МПК F02М 35/10, 2001), предназначенный для многоцилиндрового автомобильного двигателя и, содержащий общий воздуховод и внутренние индивидуальные патрубки к впускным коллекторам каждого цилиндра. Такие впускные коллекторы применяются на многих современных бензиновых двигателях с впрыскиванием бензина.
Однако, трубопровод определенной длины обеспечивает только резонансный наддув, при котором отраженная от ресивера волна повышенного давления подходит к впускному клапану в завершающей фазе впуска, в узком диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя [1]. Следовательно, увеличение коэффициента наполнения и, как следствие, эффективной мощности и крутящего момента двигателя, снижение эффективного удельного расхода топлива, дымности и токсичности отработавших газов будет обеспечиваться только тоже в узком диапазоне частоты вращения коленчатого вала.
Известны двухступенчатые впускные трубопроводы, установленные на двигатели Volvo, Audi, ВАЗ и др. [1, 3].
В зоне высоких частот вращения коленчатого вала свыше 4000 мин-1 заслонки, располагаемые в двухступенчатых впускных трубопроводах открыты и воздух движется по короткому каналу длиной 450-480 мм. При переходе на средние и низкие частоты вращения коленчатого вала движение воздуха осуществляется по длинному каналу длинной до 650 мм путем закрытия заслонки.
Однако, при такой конструкции впускных трубопроводов эффект резонансного наддува может быть использован только на двух режимах по частоте вращения коленчатого вала. Следовательно, при работе двигателя на других частотах вращения коленчатого вала эффективная мощность и крутящий момент двигателя, как и динамика автомобиля, будут снижаться, а удельный эффективный расход топлива будет увеличиваться. Кроме того, вследствие наличия заслонки во впускном трубопроводе его аэродинамическое сопротивление возрастает, что ведет к уменьшению коэффициента наполнения и снижению мощностных и экономических показателей двигателя.
Известна впускная система с бесступенчатой регулировкой длины впускных трубопроводов, применяемая на двигателях BMW седьмой серии [3]. Регулирование канала от 231 до 673 мм осуществляется поворотом цилиндрических золотников. При низких частотах вращения коленчатого вала воздух поступает по длинному каналу. При этом за счет инерции потока смеси предотвращается обратный выброс смеси во впускные трубопроводы при ее движении после НМТ. При переходе на высокие частоты вращения коленчатого вала золотники поворачиваются и воздух подается в цилиндры по коротким каналам.
Данная впускная система имеет сложную конструкцию, требует применения деталей имеющих повышенную стоимость, что ведет к увеличению стоимости впускной системы в целом, к повышению сложности ее обслуживания и ремонта.
Известна впускная система с регулируемым вихреобразованием для автомобильного бензинового двигателя (патент РФ 2180702, МПК F02В 31/08, F02М 31/13, 2002), которая принята за прототип и содержит основную (большую) и дополнительную (малую) дроссельные заслонки, воздушный ресивер с впускными патрубками для каждого цилиндра и вспомогательные каналы, подводящие вихреобразующие потоки воздуха под углом к оси впускных патрубков в зону впрыскивания топлива, а также механизм привода заслонок, позволяющий регулировать поступление воздуха в ресивер
путем перемещения основной дроссельной заслонки, а во вспомогательные каналы - путем перемещения дополнительной заслонки, кроме этого, содержащий электроуправляемый регулятор холостого хода, расположенный в байпасном воздушном канале холостого хода, вспомогательные каналы выполнены в виде трубок, выходящих из единой распределительной воздушной магистрали, расположенной параллельно воздушному ресиверу, причем эти трубки подведены тангенциально к каждому впускному патрубку в плоскости, перпендикулярной его оси, а дополнительная дроссельная заслонка установлена на входе в распределительную магистраль, при этом внутренний диаметр каждой из подводящих тангенциальных трубок составляет 0.15...0.5 внутреннего диаметра впускного патрубка, а площадь поперечной магистрали находится в пределах 1.5...4.0 суммарной площади поперечного сечения тангенциальных трубок, причем, на входе в распределительную магистраль, после дополнительной дроссельной заслонки установлен электронагреватель воздуха и байпасный воздушный канал холостого хода, который выполнен в обход дроссельной заслонки.
Однако данная впускная система имеет сложную конструкцию, повышенное аэродинамическое сопротивление и обеспечивает резонансный наддув только в узком диапазоне частот вращения коленчатого вала. Кроме того в рассматриваемой системе отсутствует диагностирование состояния ее элементов.
Технический результат направлен на увеличение коэффициента наполнения и, как следствие, на повышение мощностных и экономических показателей двигателя, на снижение дымности и токсичности отработавших газов.
Технический результат достигается тем, что устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода двигателя внутреннего сгорания, содержащее воздушный ресивер, при этом впускной трубопровод каждого цилиндра выполнен составным и состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, причем внутренний трубопровод выполнен за одно целое с воздушным ресивером, а внешний трубопровод скользит по внешней поверхности
внутреннего трубопровода, на которую нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В, причем на внутреннем и внешнем трубопроводах закреплен с помощью хомутов гофрированный трубопровод, соединенный с рычагом, закрепленным на валу понижающего редуктора, приводимого во вращение электродвигателем постоянного тока, получающего сигналы (команды) от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в устройстве впускной трубопровод каждого цилиндра выполнен составным и состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, причем внутренний трубопровод выполнен за одно целое с воздушным ресивером, а внешний трубопровод скользит по внешней поверхности внутреннего трубопровода, на которую нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В, причем на внутреннем и внешнем трубопроводах закреплен с помощью хомутов гофрированный трубопровод, соединенный с рычагом, закрепленным на валу понижающего редуктора, приводимого во вращение электродвигателем постоянного тока, получающего сигналы (команды) от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от других технических решений при изучении данной и смежной областей техники не выявлены и, следовательно, обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критериям «существенные отличия» и «новизна».
На чертеже изображено устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода двигателя внутреннего сгорания. Устройство
для автоматического регулирования длины впускного трубопровода содержит внутренний трубопровод 1, который может перемещаться относительно внешнего трубопровода 2. Трубопровод 1 выполнен из алюминиевого сплава за одно целое с воздушным ресивером 3 и имеет форму полуокружности для уменьшения габаритов двигателя. Трубопровод 2 изготовлен из полипропилена, обладающего высокой прочностью и эластичностью. На наружную поверхность трубопровода 1, соприкосающегося с внутренней поверхностью трубопровода 2 нанесен слой 4 антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В [2] с целью уменьшения коэффициента трения скольжения. Для исключения попадания пыли и грязи через зазор между трубопроводами 1 и 2 установлен гофрированный трубопровод 5. Трубопровод 5 на трубопроводе 1 закреплен с помощью хомута 6, а на трубопроводе 2 с помощью хомута 7. На хомуте 7 выполнены оси 8, в которые своими пазами устанавливается рычаг 9. Рычаг 9 неподвижно закреплен на ведомом валу понижающего редуктора 10, на ведущий вал которого передается крутящий момент от реверсивного электродвигателя постоянного тока 11.
Трубопровод 2 неподвижно закреплен на впускном патрубке 12 головки цилиндров двигателя 13 с помощью хомута 14. С целью уменьшения аэродинамического сопротивления движению воздушного заряда на трубопроводе 1 и впускном патрубке 12 выполнены плавные переходы 15 и 16.
Ресивер 3, редуктор 10 и электродвигатель 11 размещены на кронштейне 17, который с помощью фланца 18 крепится к двигателю 13.
Автоматическое регулирование длины впускного трубопровода осуществляется электронной системой управления, которая включает электронный блок управления 19, датчик частоты вращения 20 коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования 21, диагностическое табло 22 и электрические провода 23, 24, 25, 26.
Реверсивный электродвигатель постоянного тока 11 получает сигналы от электронного блока управления 19, который в свою очередь вырабатывает эти сигналы на основании информации получаемой от датчика частоты вращения
20 коленчатого вала двигателя. Кроме того, электронный блок управления 19 имеет выход на колодку диагностирования 21. Электронный блок управления 19 осуществляет функции диагностирования системы управления, определяет возникающие отказы и сигнализирует о них водителю в режиме диагностирования системы управления на диагностическом табло 22. Информация об отказах сохраняется в электронном блоке управления 19 в виде кодов, обозначающих характер отказов, и может быть считана с помощью диагностического прибора, подключаемого к колодке диагностирования 21.
Устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода функционирует следующим образом. Известно, что при работе двигателя во впускном трубопроводе возникают волны давления и разрежения [1]. Если при положении поршня в НМТ на такте впуска по впускному трубопроводу к цилиндру подойдет волна давления, то в этом случае под действием разности давления свежего заряда во впускном трубопроводе Рвп.тр и давлением смеси в цилиндре Рц будет происходить дозарядка цилиндра свежим зарядом смеси. Поэтому в этом случае коэффициент наполнения увеличится. При работе двигателя 13 сигналы от датчика частоты вращения коленчатого вала 20 передаются по электрическому проводнику 23 на электронный блок управления 19. Команда с электронного блока управления 19 передается по электрическому проводнику 26 на реверсивный электродвигатель постоянного тока 11. Крутящий момент от электродвигателя 11 передается на понижающий редуктор 10, который поворачивает рычаг 9 по ходу или против хода движения часовой стрелки, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При повороте рычага 9 по ходу часовой стрелки длина впускного трубопровода уменьшается, а при движении рычага 9 в противоположном направлении длина трубопровода увеличивается. При работе двигателя на частоте, соответствующей максимальному крутящему моменту длина впускного трубопровода будет установлена максимальной, а
на частоте, соответствующей максимальной мощности двигателя - минимальной.
Предлагаемая конструкция впускного трубопровода обладает минимальным аэродинамическим сопротивлением в связи с отсутствием в трубопроводе резких поворотов и заслонок.
Заявляемая конструкция составного впускного трубопровода обеспечивает возможность регулирования его длины на различных частотах вращения коленчатого вала.
Составные впускные трубопроводы применяются для каждого цилиндра двигателя, а изменение их длины осуществляется общей электронной системой управления. Таким образом автоматическое регулирование длины впускного трубопровода двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить резонансный наддув, при котором отраженная от ресивера волна повышенного давления подходит к впускному клапану при положении поршня в нижней мертвой точке на такте впуска [1]. Поступлению свежего заряда в цилиндр способствует также инерция свежего заряда, который при движении поршня от ВМТ до НМТ на такте впуска приобретает значительную скорость. Это обеспечивает дозарядку цилиндра свежим зарядом и способствует повышению коэффициента наполнения до 1,05...1,07. Увеличение количества поступающего в цилиндры воздуха благоприятствует увеличению полезной работы двигателя за счет уменьшения технических потерь теплоты благодаря улучшению полноты сгорания рабочей смеси и улучшения динамики ее сгорания. Это способствует росту крутящего момента, эффективной мощности и снижению удельного эффективного расхода топлива, уменьшению токсичности и дымности отработавших газов на различных частотах вращения коленчатого вала.
Источники информации:
1. В.Р.Бурячко, А.В.Гук. Автомобильные двигатели. - СПб.:, 2005.
2. Ю.Т.Вишневский. Материаловедение. Учебник. - М.: Издательско -торговая корпорация «Дашков и К°», 2007.
3. А.В.Дмитриевский. Автомобильные бензиновые двигатели. - М.: Астрель-АСТ, 2005.
Устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода двигателя внутреннего сгорания, содержащее воздушный ресивер, отличающееся тем, что впускной трубопровод каждого цилиндра выполнен составным и состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, причем внутренний трубопровод выполнен за одно целое с воздушным ресивером, а внешний трубопровод скользит по внешней поверхности внутреннего трубопровода, на которую нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В, причем на внутреннем и внешнем трубопроводах закреплен с помощью хомутов гофрированный трубопровод, соединенный с рычагом, закрепленным на валу понижающего редуктора, приводимого во вращение электродвигателем постоянного тока, получающего сигналы (команды) от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов.
