СИСТЕМА ГАЗООБМЕНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ АВТОТРАНСПОРТА Российский патент 1997 года по МПК F01N3/04 F02M35/00 

Изобретение относится к устройствам для охлаждения газа автотранспорта и удаления из него твердых частиц. В частности, изобретение относится к устройствам для подачи воздуха с его очисткой перед образованием горючей смеси, а также для очистки выхлопных газов после сгорания смеси в цилиндрах двигателя от взвесей и вредных газов в результате неполного сгорания.

Изобретение может быть использовано на всех видах транспорта, где используется двигатель внутреннего сгорания, преимущественно на городском транспорте при интенсивном его движении на улицах города, когда происходит значительное ухудшение окружающей среды с доминирующим влиянием на жителей города.

Широко известны автомашины легковые, которые включают в себя двигатель внутреннего сгорания с системой газообмена для забора воздуха для образования горючей смеси и вывода отработанных газов в выхлопную трубу (например, легковую автомашину "Мерседес", ее описание).

Недостатками такой автомашины следует считать (как и любых легковых автомашин, которые выпускаются серийно):
подачу воздушной массы для обеспечения горения энергоносителя из окружающей среды, в которой находятся взвеси пыли, газы отработанных веществ таких же автомашин, а это приводит к интенсивному износу деталей поршневой группы и зеркала цилиндра с потерей компрессии, неполному сгоранию горючей смеси из-за недостатка кислорода в подаваемом (засасываемом) воздухе;
выведение в окружающую среду неполностью сгоревших газов смеси и окиси углерода и других элементов, которые резко ухудшают экологическую обстановку в городе.

Известны мощные грузовые автомашины, в которых используется двигатель внутреннего сгорания типа "Дизель". Такие автомашины включают в себя вертикально расположенную конечную часть трубы выхлопной, соединенной с двигателем внутреннего сгорания (далее ДВС) и установленной у кабины сбоку в виде стояка (см. например, описание автомашины грузовой большегрузной "Камаз" кн. В.И. Медведков, С.Т. Билык, Г.А. Гришин. "Автомобили КАМАЗ-5320, КАМАЗ-4310, УРАЛ-4320". -М. ДОСААФ,1987, с. 102-106).

Недостатками этого решения являются:
подвод воздушной массы из окружающей среды, которая в городских условиях насыщена недостаточным количеством кислорода и содержит вредные газообразные соединения, что приводит к неполному сгоранию горючей смеси, интенсивному износу сопрягаемых поверхностей двигателя;
вывод продуктов сгорания (даже при полном сгорании горючей смеси), которые содержат окислы углерода и взвеси из-за использования тяжелых видов топлива, что приводит к резкому ухудшению экологической обстановки в городах.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:
очистка засасываемой воздушной массы в ДВС от взвесей, окислов практически любого типа;
очистка выхлопных газов от взвесей и окислов, а также от остатков несгоревших газов.

В конечном итоге улучшение экологической обстановки окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что конечная часть трубы системы газообмена ДВС забора и удаления газов снабжена камерой с жидкостью и переливным патрубком, при этом переливной патрубок и камера соединены с емкостью, заполненной жидкостью, напорной и сливной магистралями, причем, по крайней мере, в одной из магистралей установлен насос с приводом. При расположении выхода трубы вверх ее конечная часть расположена в перевернутом стакане с управляемым клапаном, а переливной патрубок установлен не выше уровня среза трубы при размещении краев стакана в жидкой среде, при этом, если устройство соединено с вводом воздушной массы в ДВС, то труба соединена с атмосферой через вентилятор, а камера соединена с ДВС. При расположении конца трубы вниз своим выходом и использовании устройства для подачи воздушной массы в ДВС труба соединена с атмосферой через вентилятор, а ее камера своей воздушной частью соединена с ДВС, если же устройство используется для очистки выхлопных газов, то ее камера соединена с атмосферой, а труба с магистралью вывода отработанных газов из ДВС.

На фиг. 1 представлена компоновка труб на грузовом транспорте типа "Камаз", когда труба расположена своим выходом вверх; на фиг. 2 схема устройства с расположением выходной части трубы вверх;на фиг. 3, 4 варианты выполнения, когда труба расположена своим выходом вниз.

Везде представлены (на фиг. 2-4) варианты для выхлопа отработанных газов. Устройство содержит камеру 1, которая закреплена на выходном конце трубы 2. Камера 1 имеет на своей боковой поверхности переливной патрубок 3 и 3-1 для варианта на фиг. 4. Переливной патрубок 3 образует постоянный уровень жидкости 4 в камере 1, а сама камера 1 соединена напорной магистралью 5 с насосом 6 с емкостью 7. Сливная магистраль 8 также может иметь насос 9. Вообще могут присутствовать оба насоса 6, 9, может быть какой-либо один насос в любой из магистралей 5, 8. Это зависит только от взаимного расположения ДВС, емкости 7 и конца трубы 2.

При размещении трубы 2 своим выходом вверх (фиг. 2) ее конец размещают в перевернутом стакане 10 с управляемым клапаном 11. Стакан 10 закреплен и на стенке камеры 1. При размещении трубы 2 своим выходом вниз управляемый вентиль 12 соединяют либо с трубой 2 (фиг. 3) либо устанавливают в магистрали 9 у переливного патрубка 3. Для всех вариантов емкость 7 имеет две полости 13, 14 с перегородкой 15 и сливными магистралями 16, которые имеют вентили с ручным управлением 17. На фиг. 1 показана компоновка системы подачи воздушной массы в ДВС 18 с вентилятором 19, а также система вывода отработанных газов 20. Соединения с емкостью 7 и ДВС условно не показаны.

Действует система газообмена следующим образом. Для расположения трубы 2 своим выходом вверх (фиг. 2) отработанный газ поступает по трубе 2 вверх в полость стакана 10, вытесняется водная среда из полости стакана 10 и газ выходит через горловину вверху камеры 1. Давление для вытеснения жидкости 4 получают от давления отработанных газов. Процесс происходит при постоянной циркуляции жидкости 4 через емкость 7 за счет насосов 6, 9 или самотеком: взвеси остаются в полости 13, а переливается через перегородку 15 чистая жидкость без взвесей. При взаимодействии газа с жидкостью 4 после стакана 10 (барботаж) происходит образование кислоты на основе окислов кислорода и (других) металлов, которые присутствуют в горючем. Из камеры 1 в атмосферу поступает газ, который очищен от взвесей, что очень важно для ДВМ типа "Дизель", а также происходит очистка от окисей металлов и углерода. Управляемый вентиль 11 служит для работы системы, когда жидкость 4 замерзла до нагрева и образования жидкости. Если система используется для очистки воздушной массы, то засос воздуха осуществляется также через трубу 2, но для этого на ней устанавливается вентилятор и ограничитель давления (редуктор), а горловина камеры 1 соединяется с ДВС. Вентилятор условно не показан.

Варианты на фиг. 3, 4 выполнены с размещением выхода трубы 2 вниз.

Вариант на фиг. 3 имеет притопленный конец трубы 2, а управляемый вентиль 12 служит для работы двигателя, когда жидкость замерзла и требуется время для ее разогрева. На фиг. 4 переливной патрубок 3-1 служит для работы, когда жидкость не замерзла, при этом вентиль 12 перекрывается и конец трубы 2 становится притопленным.

Использование любого из вариантов диктуется только условиями компоновки системы на транспорте. Обе ветви газообмена выполнены одинаково, дополнительные элементы (вентилятор и ограничитель давления) практически не влияют на стоимость системы, например,для всасывания. Это определяется только местностью постоянной эксплуатации, однако целесообразно устанавливать обе ветви системы. Сложности компоновки могут встретиться только для легковых автомашин. Всасывающая ветвь может быть установлена внутри стойки салона с выходом на верх кузова. Однако компоновка в каждом случае требует индивидуальный подход. Потери энергии на дополнительное давление, насосы, вентиляторы настолько малы, что их принимать во внимание не следует. Действительно: грузовой транспорт имеет мощность сотни лошадиных сил, потери на 4 насоса и один вентилятор при их мощности примерно 20 Вт и КПД 10% составят 1 кВт (менее 1% потерь). На фоне 26% потерь с выводом газа отработанного это также незначительная величина. В качестве емкости 7 может быть использована система охлаждения ДВС, но перегородка 15 обязательна.

Таким образом, достигаются все поставленные цели:
в ДВС поступает очищенный от взвесей и окислов воздух;
из ДВС в окружающую среду поступает газ, свободный от взвесей и окислов.

Использование системы позволит значительно улучшить экологическую обстановку в городах.

Использование: двигателестроение, в частности впускные и выпускные системы двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система газообмена двигателя внутреннего сгорания содержит вертикально расположенную конечную часть трубы, снабженную камерой с жидкостью и переливным патрубком. Переливной патрубок и камера соединены с емкостью, заполненной жидкостью, напорной и сливной магистралями. По меньшей мере в одной из указанных магистралей установлен насос, а емкость разделена переливной перегородкой, по обе стороны от которой размещены концы магистралей. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система газообмена двигателя внутреннего сгорания автотранспорта, включающая в себя вертикально расположенную конечную часть трубы, отличающаяся тем, что конечная часть трубы снабжена камерой с жидкостью и переливным патрубком, при этом переливной патрубок и камера соединены с емкостью, заполненной жидкостью, напорной и сливной магистралями, причем по крайней мере в одной из указанных магистралей установлен насос, а емкость разделена перегородкой переливной, по обе стороны от которой размещены концы магистралей. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что труба соединена с атмосферой через вентилятор и ограничитель давления в воздушной полости камеры, которая соединена с магистралью подачи воздушной массы в двигатель внутреннего сгорания. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что труба соединена с магистралью выхлопа отработанного газа двигателя внутреннего сгорания. 4. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что конец трубы расположен своим выходом вверх и размещен в перевернутом стакане с управляемым клапаном, а переливной патрубок установлен не выше уровня среза трубы при размещении краев стакана в водной среде. 5. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что выходная часть трубы обращена вниз, а переливной патрубок размещен на уровне выше среза выходной части, при этом труба снабжена отводом с управляемым клапаном. 6. Система по пп.1 3 и 5, отличающаяся тем, что переливной патрубок расположен ниже среза трубы, а камера снабжена вторым переливным патрубком с управляемым клапаном, который расположен выше среза трубы.