ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02M25/07 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (далее ДВС), работающих с частичным перепуском отработавших газов во впускную систему.

Известны двигатели внутреннего сгорания, снабженные системой рециркуляции отработавших газов (далее ОГ), см. авторские свидетельства СССР N 1108231, БИ 30/84; N 1208290, БИ 4/86; N 1420224, БИ 32/88; N 1035265, БИ 30/83 - все по классу МКИ F 02 M 25/06. Системы рециркуляции ОГ в описанных ДВС содержат трубопровод, соединяющий полости выхлопного и впускного тракта двигателя, и установленный в трубопроводе регулирующий элемент (клапан рециркуляции ОГ), посредством которого осуществляется дозированная подача ОГ из выхлопного во впускной тракт, в зависимости от разницы величины давления (или режима работы двигателя) во впускном и выхлопном трактах.

Такая общепринятая концепция конструктивного построения системы рециркуляции ОГ ДВС имеет ряд недостатков. В частности, в полости тонкостенного трубопровода, особенно на участках его перегибов, а так же в полости клапана рециркуляции, в процессе работы системы рециркуляции, при периодическом прогреве и быстром охлаждении стенок трубопровода внутри него происходит осаждение конденсата ОГ и сгоревших углеводородов, что постепенно приводит к засмолению и закоксовыванию отдельных участков трубопровода и "залипанию" рабочего органа клапана рециркуляции ОГ, что в конечном итоге снижает эффективность работы системы рециркуляции ОГ в целом.

В качестве прототипа выбран двигатель внутреннего сгорания, снабженный системой рециркуляции отработавших газов, описанный в заявке ФРГ (DE) 3916466, МПК F 02 M 25/06, опубл. 22.11.90, БИ 47. ДВС содержит закрепленные на головке цилиндров выхлопной коллектор и сходящиеся в воздушном ресивере впускные трубы. Регулируемый отвод части выхлопных газов из тракта выхлопа в тракт впуска воздуха осуществляется посредством трубчатого газовода, в котором установлен регулирующий орган - клапан рециркуляции ОГ. В зависимости от режима работы ДВС в тракте выхлопа создается избыточное давление, а в тракте впуска - разрежение. Под воздействием разницы величины этих давлений запорный орган клапана рециркуляции приоткрывает канал газовода системы рециркуляции в большей или меньшей степени, что и обуславливает дозированный перепуск части выхлопных газов из тракта выхлопа в тракт впуска, где эта часть выхлопных газов смешивается с топливо-воздушной смесью и дожигается в цилиндрах двигателя, чем и достигается снижение токсичности отработавших газов.

Описанному ДВС присущи те же недостатки, которые уже были отмечены выше. Дополнительно следует отметить и то, что трубчатый газовод системы рециркуляции представляет собой достаточно сложную конструкцию, требующую обеспечения надежной герметизации мест крепления как к элементам тракта выхлопа, так и к элементам впускного тракта, а так же в местах присоединения к клапану рециркуляции. Сами трубки, из которых составлен газовод, выполняются из дорогостоящего цветного или легированного нержавеющего металла, стойкого к высоким температурам и агрессивной среде. Достаточно проблематична и компоновка такой системы в стесненном пространстве моторного отсека, поскольку приходится трубки, составляющие газовод, выполнять изогнутыми и удлиненными.

Решение технической задачи заключается в создании компактной и более простой конструкции газовода системы рециркуляции ОГ и оптимальном размещении элементов системы рециркуляции ОГ ДВС.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном двигателе внутреннего сгорания, снабженном системой рециркуляции отработавших газов, содержащем закрепленную на головке цилиндров впускную трубу в сборе с ресивером и выполненный в головке цилиндров канал для отвода выхлопных газов, полость которого посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции с запорным элементом, сообщается с полостью ресивера, впускная труба, в стыке ее крепления к головке цилиндров и ресивер снабжены дополнительными, жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, газовод образован сопряженными между собой каналами, выполненными в головке цилиндров и названных фланцах, при этом клапан рециркуляции смонтирован на фланце ресивера в геодезически верхней точке газовода. Дополнительно в выходном участке газовода в фланце ресивера может быть смонтирован штуцер, расположенный в полости ресивера с наклоном вниз относительно горизонта.

При таком конструктивном исполнении отпадает необходимость применения специальных трубок, элементов их крепления и герметизации, а трасса газовода не имеет застойных зон, в которых может скапливаться конденсат. Это относится и к полости клапана рециркуляции, в которой так же невозможно накопление конденсата, поскольку он смонтирован в геодезически самой верхней точки газовода.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 показана полость клапана рециркуляции ОГ.

Двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1), снабженный системой рециркуляции отработавших газов, содержит закрепленную на головке цилиндров 1 впускную трубу 2 в сборе с ресивером 3 и выполненный в головке цилиндров 1 канал 4 для отвода выхлопных газов, полость которого посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции 5 с запорным элементом 6 (фиг. 2), сообщается с полостью 7 (фиг. 1) ресивера 3. Впускная труба 2 в стыке 8 ее крепления к головке цилиндров 1 и ресивер 3 снабжены дополнительными, жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, соответственно 9 и 10. Газовод образован сопряженными между собой каналами 11 - в головке цилиндров 1, каналами 12 - во фланце 9 впускной трубы 2, каналами 13 и 14 - во фланце 10 ресивера 3. Клапан рециркуляции 5 смонтирован на фланце 10 ресивера 3 в геодезически верхней точке газовода. Дополнительно в выходном участке газовода (канал 14) в фланце 10 ресивера 3 смонтирован штуцер 15, расположенный в полости 7 ресивера 3 с наклоном вниз относительно горизонта, предпочтительно в диапазоне 30 -75^o.

Работает ДВС, снабженный системой рециркуляции ОГ, обычным образом.

Отработавшие выхлопные газы под давлением поступают в канал 4 и далее через систему выхлопа выводятся в атмосферу. Одновременно с этим в полости 7 ресивера 3 создается разрежение. Под воздействием разницы величины давлений в полостях 7 ресивера 3 и канала 4 запорный элемент 6 клапана 5 приоткрывается и часть выхлопных газов по газоводу - каналы 11, 12, 13 и 14 из тракта выхлопа поступают в тракт впуска, где впоследствие смешиваются с топливовоздушной смесью и дожигаются в цилиндрах ДВС. В системе рециркуляции может быть применен и клапан рециркуляции электромагнитного типа, который управляется сигналами электронной системы управления двигателем (ЭСУД) в зависимости от режимов движения автомобиля.

При этом из фиг.1 наглядно видно, что образующийся на стенках газовода конденсат (при соприкосновении горячих выхлопных газов с холодными стенками газовода) свободно имеет возможность стекать или в канал 4, или в полость 7 ресивера 3, откуда он легко удаляется впоследствии потоками воздуха или выхлопных газов. Происходит это в силу того, что на протяжении всей своей длины газовод от клапана рециркуляции 5 до своих выходных свободных срезов не имеет застойных зон, а сам клапан 5 находится в верхней геодезической точке газовода.

Наличие штуцера 15 позволяет оптимизировать поступление выхлопных газов в полость 7 ресивера 3 с точки зрения их интенсивной турбулизации в потоке встречного воздушного потока и более эффективного перемешивания с этим потоком, что обеспечивает их более полное дожигание в цилиндрах двигателя.

Дополнительный эффект обеспечивается еще и тем, что при таком конструктивном исполнении (в сравнении с прототипом) появляется возможность максимально сместить центр тяжести системы впускная труба - ресивер - клапан ближе к двигателю, а это позволяет выполнить впускные трубы более длинными, что обеспечивает повышение крутящего момента ДВС.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих с частичным перепуском отработавших газов во впускную систему. Двигатель внутреннего сгорания, снабженный системой рециркуляции отработавших газов, содержит закрепленную на головке цилиндров 1 впускную трубу 2 в сборе с ресивером 3 и выполненный в головке цилиндров 1 канал 4 для отвода выхлопных газов, полость которого посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции 5 с запорным элементом, сообщается с полостью 7 ресивера. Впускная труба 2 в стыке 8 ее крепления к головке цилиндров 1 и ресивер 3 снабжены дополнительными жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, соответственно, 9 и 10. Газовод образован сопряженными между собой каналами 11 - в головке цилиндров 1, каналами 12 - во фланце 9 впускной трубы 2, каналами 13 и 14 - во фланце 10 ресивера 3. Клапан рециркуляции 5 смонтирован на фланце 10 ресивера 3 в геодезически верхней точке газовода. Технический результат заключается в создании компактной и более простой конструкции газовода системы рециркуляции отработавших газов и в оптимальном размещении элементов конструкции системы рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, снабженный системой рециркуляции отработавших газов, содержащий закрепленную на головке цилиндров впускную трубу в сборе с ресивером и выполненный в головке цилиндров канал для отвода выхлопных газов, полость которого, посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции с запорным элементом, сообщается с полостью ресивера, отличающийся тем, что впускная труба в стыке ее крепления к головке цилиндров и ресивер снабжен дополнительными жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, газовод образован сопряженными между собой каналами, выполненными в головке цилиндров и названных фланцах, при этом клапан рециркуляции смонтирован на фланце ресивера в геодезически верхней точке газовода. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в выходном участке газовода, в фланце ресивера, смонтирован штуцер, расположенный в полости ресивера с наклоном вниз относительно горизонта.