УСКОРИТЕЛЬ ПОТОКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F01N7/08 

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано, в частности, в устройствах выхлопа двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство, предназначенное для охлаждения двигателя потоком всасываемого воздуха, содержащее ускоритель (патент ЕПВ N 0323039, кл. F01N 1/08, 1991).

Недостатком устройства является незначительное уменьшение мощности и экономичности двигателя, что обусловлено созданием дополнительного сопротивления прохождению потока газов, кроме того, эжекция атмосферного воздуха используется для охлаждения двигателя внутреннего сгорания и не направлена на увеличение скорости потока выхлопных газов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с эжектором» (патент RU N 2059839 С1, кл. F01N 1/08, F02В 27/04).

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с эжектором предназначен для карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит раструб, конус с расположенными на нем проточными и вторичными каналами, эжектор, камеру смешения потоков выхлопных газов и эжектируемого воздуха, а также сопло Лаваля на выходе ускорителя. В камере смешения создается область пониженного давления за счет обтекания газами конуса, вершина которого ориентирована навстречу выхлопным газам.

Повышение давления способствует ускорению потока выхлопных газов, что приводит к повышению экономичности и мощности двигателя. Кроме того, за счет более полного сгорания топлива снижается процентное содержание СО.

Недостатком устройства является незначительное повышение мощности и экономичности двигателя, что обусловлено созданием дополнительного сопротивления прохождению потока газов за счет обтекания конуса, кроме того, производится подсос воздуха, уменьшающий скорость истечения выхлопных газов, а эжектируемый воздух имеет малую скорость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Ускоритель потока выхлопных газов двс автомобилей» (патент Франции №2155062, МПК F01N 3/00, опубл. 1973 г.).

Данное устройство содержит напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, камеру смешения, выполненную в форме цилиндра.

Известное устройство просто в изготовлении, однако оно не обеспечивает снижение сопротивления потоку выхлопных газов в месте сопряжения с напорным соплом и разъединение камеры смешения с напорным соплом при стоянке автомобиля, что ведет к шумности его работы.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в повышении экономичности и мощности двигателя внутреннего сгорания.

Указанный технический результат достигается тем, что в ускорителе потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащем напорное сопло, сообщающееся с атмосферой, соединенное с выпускной системой автомобиля через камеру смешения, расположенной между диффузором и выхлопной системой автомобиля, напорное сопло выполнено в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, имеет профильную заслонку во избежание выхлопа отработавших газов из напорного сопла при остановке автомобиля, камера смешения выполнена в форме цилиндра, имеет местное расширение, во избежание уменьшения проходного сечения выхлопной системы автомобиля, в месте крепления с напорным соплом, а также тем, что диффузор, соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой с атмосферой, выполнен в виде усеченного конуса.

Возможность достижения требуемого результата доказывается следующим.

Из теории двигателей внутреннего сгорания (см. например, «Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей» под редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1983) известно, что на мощностные и экономические характеристики большое влияние оказывает полнота наполнения цилиндра η_V, зависящая от давления Р_r на выходе из системы выхлопа. Чем ниже давление Р_r, тем больше полнота наполнения η_V и ниже удельный расход топлива q_e:

где ε - степень сжатия в цилиндрах;

Т_ВП, ΔТ - температура смеси на впуске и прирост температуры при сгорании;

ϕ - степень уменьшения объема;

Р_а - атмосферное давление;

Р_ВП - давление на впуске.

Снижение давления Р_r можно достичь, если выхлопные газы пропустить через устройство, в котором происходит увеличение их скорости движения за счет увлекания их потоком проходящего воздуха, истекающего из напорного сопла.

Требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью признаков, которая в известной литературе не обнаружена.

Данное устройство позволяет увеличить скорость движения выхлопных газов за счет увлекания их потоком проходящего из напорного сопла воздуха, что приводит к понижению давления в выпускном трубопроводе перед камерой смешения, повышению полноты наполнения цилиндров, как следствие, - повышению мощности и экономичности двигателя. Кроме того, за счет более полного сгорания топлива снижается процентное содержание СО.

Общими признаками прототипа и предлагаемого устройства являются: напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, а также камера смешения, выполненная в виде цилиндра.

Отличительным признаком является то, что устройство содержит: диффузор, выполненный в виде усеченного конуса и соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой - с атмосферой, напорное сопло, имеющее профильную заслонку, а камера смешения имеет расширение в месте сопряжения с напорным соплом.

На фиг.1 (вид сбоку) представлена конструкция ускорителя потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

На фиг.2 (вид сбоку) представлена общая компоновка устройства на примере легкового автомобиля.

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (фиг.1) содержит: напорное сопло 1, камеру смешения 2, диффузор 3, профильную заслонку 4.

Напорное сопло 1 выполнено в виде усеченного конуса, с малым углом сужения в сторону выхода потока воздуха, имеет профильную заслонку 4 во избежание выхлопа отработавших газов из напорного сопла при остановке автомобиля. Выходная кромка напорного сопла 1 имеет цилиндрическую форму и соединена с камерой смешения 2.

Камера смешения 2 выполнена в виде цилиндра, с одной стороны соединена с выхлопной системой автомобиля, а с другой - с диффузором 3, имеет местное расширение в месте сопряжения с напорным соплом 1.

Диффузор 3 выполнен в виде усеченного конуса с малым углом расширения, с одной стороны соединенного с камерой смешения, а с другой - с атмосферой.

Профильная заслонка 4 выполнена в виде пластины, закреплена в напорном сопле 1, имеет диаметр, равный напорному соплу 1 в месте крепления.

Устройство работает следующим образом.

При движении автомобиля с определенной скоростью в напорном сопле создается набегающий поток воздуха, который отклоняет профильную заслонку, разгоняется к месту крепления напорного сопла к камере смешения за счет сужения напорного сопла. Выхлопные газы подаются в камеру смешения, обтекая выходную кромку напорного сопла. При входе напора воздуха в камеру смешения со скоростью, превышающей скорость истечения выхлопных газов, выхлопные газы увлекаются воздухом в камеру смешения, реализуя понижение давления Р_r на выходе из системы выхлопа, а так как количество эжектирующего воздуха больше, чем количество эжектируемых выхлопных газов реализуется, то таким образом это принцип эжекции (см. например, "Теплотехника" под редакцией В.Н.Луканина, М.Г.Шатрова, Г.М.Камфера и др. М.: Высшая школа, 2002).

Пониженное давление поддерживается потоком воздуха при дальнейшем движении автомобиля с определенной скоростью.

Величина расширения диффузора, сужения напорного сопла, площадь основания напорного сопла и диаметры подбираются экспериментально для условий движения и скоростных характеристик каждого автомобиля.

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано, в частности, в устройствах выхлопа для повышения экономичности и мощности ДВС, а также снижения токсичности выхлопных газов. Техническим результатом, достигаемым данным устройством, является понижение давления на выходе выпускного трубопровода двигателей внутреннего сгорания, приводящее к повышению экономичности и мощности двигателя. Кроме того, за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах снижается процентное содержание СО выхлопа. Предлагаемое устройство содержит напорное сопло, камеру смешения, диффузор на выходе ускорителя и профильную заслонку. Изготовление устройства производится из узлов и агрегатов, не требующих разработки специальной оснастки и технологии. Устройство достаточно просто в изготовлении, может быть выполнено из любых материалов, удовлетворяющих требованиям эксплуатации автомобильной техники: нержавеющая сталь, дюралюминий, термостойкая пластмасса, композитные материалы и т.п. Сборка осуществляется при помощи стандартных крепежных деталей. 2 ил.

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, камеру смешения, выполненную в виде цилиндра, отличающийся тем, что содержит диффузор, выполненный в виде усеченного конуса, соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой - с атмосферой, напорное сопло имеет профильную заслонку, а камера смешения имеет расширение в месте сопряжения с напорным соплом.