КОЛЛЕКТОРНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F02F1/42 

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и предназначено для использования на автомобильных двигателях. Из патентной литературы известен коллектор (авт.св. СССР N 1467239 F 02 F 1/42), имеющий полость с золотниковым клапаном, связывающую выхлопные и всасывающие патрубки коллектора. Известно также впускное устройство, состоящее из газопроводной трубки, подающей воспламененный газ в камеру сгорания (ж. Изобретатель и рационализатор, N 4, 1968) цилиндра мотоциклетного двигателя.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство коллектора автомобильного двигателя (ж. Изобретатель и рационализатор, N 11, 1991), который имеет газопроводную трубку, соединяющую выхлопные патрубки коллектора с карбюратором. Горячие выхлопные газы под давлением по трубке подаются в смесительную камеру карбюратора.

Недостатком такого устройства является невозможность использования энергии выхлопных газов, а также потеря энергии газов в длинном трубопроводе к карбюратору. Кроме того, большая длина трубопроводов приводит к снижению температуры и давления подаваемых во впускной трубопровод выхлопных газов.

Основным недостатком известного устройства является отсутствие синхронизации выхлопных импульсов газовой струи со всасывающим процессом в соответствующем цилиндре двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение мощности двигателя и снижения расхода топлива двигателя.

Цель достигается тем, что корпус нагнетателя выполнен в виде пластины, внутри которой расположены трубчатые каналы, связывающие каждый выхлопной патрубок со всасывающим патрубком, соответствующим ему по такту всасывания, причем конец трубчатых каналов в выхлопных патрубках имеют газоразборники, установленные навстречу газовому потоку, а концы трубчатых каналов, установленные во всасывающих патрубках, расположены по потоку (по оси всасывающего патрубка) и образуют со стенками всасывающего патрубка эжектирующий канал.

Данная совокупность отличительных признаков коллекторного нагнетателя позволяющая повысить мощность двигателя и снизить расход топлива двигателем ранее не были известны и не встречались в патентной и технической литературе.

На фиг. 1 показано сечение коллекторного нагнетателя по выхлопному патрубку; на фиг.2 сечение коллекторного нагнетателя по всасывающему патрубку; на фиг.3 корпус коллекторного нагнетателя для двигателя ВАЗ-2108 спереди; на фиг. 4 вид сверху коллекторного нагнетателя для двигателя ВАЗ-2108; на фиг.5 диаграмма фаз газораспределения; на фиг.6 таблица фаз газораспределения двигателя ВАЗ-2108; на фиг.7 всасывающий патрубок по оси канала; на фиг.8 газоразборник в выхлопном патрубке; на фиг.9 сечение всасывающего патрубка с концом трубчатого канала, образующим со стенками всасывающего патрубка эжектирующий канал; на фиг.10 сечение газоразборника в выхлопном патрубке.

Коллекторный нагнетатель состоит из корпуса 1, выполненного в виде пластины. Корпус может состоять из двух пластин между которыми расположены трубчатые каналы 2, например, выгнутые из стальной трубки диаметром 6 мм и толщиной стенки 0,5 мм.

Корпус может быть литым из алюминиевого сплава.

Конец трубчатого канала, установленный в выхлопном патрубке 3 имеет раструб 4, который является газозаборником. Ось газозаборника установлена навстречу газовому потоку параллельно вектору скорости потока. Выхлопной конец 5 трубчатого канала, установленный во всасывающем патрубке, расположен по потоку всасываемой рабочей смеси, по оси всасывающего патрубка 6. Всасывающий патрубок имеет диффузор 7. Конец 5 трубчатого канала расположен в плоскости минимального сечения диффузора 7. Диффузор и выхлопной конец трубчатого канала образуют эжектор. Эжектор является струйным насосом. Корпус нагнетателя имеет отверстия 8 для шпилек 9 крепления его к головке 10 цилиндров двигателя.

Отверстия 11 верхнего ряда в корпусе нагнетателя соответствуют впускным патрубкам двигателя.

Отверстия 12 соответствуют его выхлопным патрубкам.

Толщина корпуса нагнетателя 8 мм. Корпус нагнетателя крепится к двигателю как стандартная прокладка между головкой цилиндра и коллекторами 13 мотора.

Между корпусом нагнетателя, двигателя и коллектора для герметизации расположены стандартные прокладки (не показаны).

Коллекторный нагнетатель работает следующим образом.

Как известно, порядок работы цилиндров, например, для двигателя ВАЗ-2108 следующий 1 3 4 2. Следовательно, каждому такту всасывание в одном цилиндре соответствует такт выхлопа в другом (таблица фиг.6). На фиг.6 такие цилиндры схематично связаны стрелками. Таким образом, энергию выхлопных газов по трубчатым каналам можно направить в тот цилиндр, где в данный момент происходит всасывание рабочей смеси.

Промежуток времени, когда выхлопной клапан открыт, практически совпадает с промежутком времени открытого впускного клапана. Поэтому сопротивления движению эжектирующей газовой струи нет (фиг. 5).

Энергия эжектирующей газовой струи с диаметром газозаборника 14 мм составляет 12 15% от общей энергии выхлопных газов.

Как известно, параметры выхлопных газов за выхлопным клапаном довольно высокие; давление 7,5 атм. и температура 900 1100^oC. Однако, при движении выхлопному патрубку они снижаются.

После открытия выхлопного клапана, например в первом цилиндре, выхлопные газы идут по выхлопному патрубку 3 и около 12 15% их попадают в газозаборник 4. Выхлопные газы по трубчатому каналу 2 под большим давлением поступают во всасывающий патрубок 6 в его диффузорный канал 7. И мощная струя выхлопных газов эжектируют рабочую смесь. При этом степень нагнетания рабочей смеси может достигать 1,2 2,5. Такая величина степени повышения давления превышает степень сжатия турбо-компрессорного нагнетателя (у ТКН степень сжатия 1,7 - 1,9).

Нагнетательные импульсы выхлопных газов поочередно поступают в каждый цилиндр из соответствующих цилиндров, где в этот момент происходит выхлоп. Таким образом, утилизируется высокая энергия выхлопных газов для нагнетания рабочей смеси в цилиндры двигателя.

Нагнетатель не требует дополнительных механизмов и не имеет движущихся деталей и узлов.

Мощная газовая струя повышает степень наполнения цилиндра рабочей смесью. Это приводит к повышению мощности двигателя. Газовая струя способствует повышению перемешивания рабочей смеси.

Фирма "Форд" проводила эксперименты по уменьшению токсичности выхлопных газов подачей части выхлопной струи в цилиндр двигателя в момент его заполнения рабочей смесью. Было получено значительное снижение токсичности выхлопных газов. Следовательно, коллекторный нагнетатель позволит снизить токсичность выхлопных газов двигателя.

Снижение аэродинамического сопротивления во впускном канале двигателя, а также использования энергии выхлопных газов и лучшее перемешивание рабочей смеси снижает расход топлива при работе двигателя с коллекторным нагнетателем.

Двигатель, снабженный коллекторным нагнетателем, обеспечивает возможность его работы на топливе с низким октановым числом.

Использование: в области двигателей внутреннего сгорания и предназначено для использования в автомобильных двигателях. Сущность изобретения: корпус коллекторного нагнетателя выполнен в виде пластины, внутри которой расположены трубчатые каналы, связывающие каждый выхлопной патрубок со всасывающим патрубком, соответствующим ему по такту всасывания, причем конец трубчатых каналов в выхлопных патрубках имеют газозаборники, установленные навстречу газовому потоку, а концы трубчатых каналов, установленные во всасывающих патрубках, расположены по потоку и образуют со стенками всасывающего патрубка эжектирующий канал. 10 ил.

Коллекторный нагнетатель, состоящий из корпуса и газопроводных трубок, связывающих выхлопные и всасывающие патрубки коллектора, отличающийся тем, что корпус нагнетателя выполнен в виде пластины, внутри которой расположены трубчатые каналы, связывающие каждый выхлопной патрубок со всасывающим патрубком, соответствующим ему по такту всасывания, причем концы трубчатых каналов в выхлопных патрубках имеют газозаборники, установленные навстречу газовому потоку, а концы трубчатых каналов, установленные во всасывающих патрубках, расположены по потоку и образуют со стенками всасывающего патрубка эжектирующий канал.