УСТРОЙСТВО ВСАСЫВАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02M35/104 F02M21/02 

Настоящее изобретение касается устройства всасывания для двигателей внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, в частности для двигателей с всасыванием газа, при необходимости также для газовых двигателей с наддувом, в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения.

У двигателей внутреннего сгорания с внешним образованием смеси, в частности у газовых двигателей, снабженных интегрированными в устройство всасывания смесителями газов, для достижения хорошего коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания важной является равномерно распределенная, гомогенная подача воздуха и топлива, на которую известным образом также может влиять геометрическая конфигурация всасывающих трубопроводов (ср., например, DE 19855805 А1).

Известны также устройства всасывания, у которых предусмотрены дугообразно ответвляющиеся от центрального коллектора отдельные трубы к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания (например, DE 102005036104 А1). Наряду с конструктивно компактной формой таких устройств всасывания могут выполняться относительно длинные отдельные трубы, в частности, для достижения резонансного наддува. Внешняя подача топлива здесь чаще всего отсутствует.

Задачей изобретения является выполнить устройство всасывания, снабженное всасывающим трубопроводом, находящимся выше по потоку по меньшей мере одного распределителя всасывания, таким образом, чтобы при внешней подаче топлива или, соответственно, интегрированном смесителе газов конструктивно простыми средствами могло обеспечиваться особенно гомогенное распределение топлива (газа): воздуха в сочетании с низким падением давления.

Решить эту задачу удается с помощью признаков п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные и особенно целесообразные усовершенствования изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предлагается, чтобы в устройстве всасывания для двигателей внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, снабженном расположенным между по меньшей мере одним находящимся со стороны двигателя распределителем всасывания и устройством для подачи топлива всасывающим трубопроводом, этот всасывающий трубопровод был снабжен по меньшей мере одним изогнутым участком, предпочтительно несколькими изогнутыми участками, который или по меньшей мере один из которых имеет колено, составляющее более 180 градусов, в частности приблизительно 270 градусов, при этом форма поперечного сечения в пределах колена выполнена овальной или эллиптической. Благодаря изгибу возможна в целом компактная конструкция устройства всасывания, при этом за счет овальности сильно изогнутого участка колена всасывающего трубопровода достигается относительно небольшое различие между рассматриваемым в продольном поперечном сечении всасывающего трубопровода - радиусом наружной стенки и внутренней стенки всасывающего трубопровода, что приводит к тому, что различия в течении между наружной стороной трубы и внутренней стороной трубы также относительно невелики, и соответственно этому градиент скорости течения мал. Благодаря этому, несмотря на сильный изгиб всасывающего трубопровода в области колена, происходит только небольшая потеря давления по сравнению с имеющей поперечное сечение приблизительно круглого цилиндра круглой трубой или, соответственно, круглым профилем. Одновременно это приводит также к хорошему перемешиванию газов.

В особенно предпочтительном усовершенствовании изобретения перед коленом может быть включен по существу S-образный изогнутый участок, который вследствие многократного изменения направления потока рабочей смеси делает возможной еще более улучшенную гомогенизацию смеси. Особенно предпочтительно, кроме того, предусмотрено, чтобы также форма поперечного сечения в пределах S-образного изогнутого участка была выполнена овальной или эллиптической, за счет чего в этой области всасывающего трубопровода также обеспечиваются вышеназванные преимущества.

Особенно предпочтительным, кроме того, является один из вариантов осуществления, при котором степень овальности (овальность здесь определена как отклонение от круглой формы или, соответственно, некруглость) во всасывающем трубопроводе изменяется, в частности, если смотреть по длине всасывающего трубопровода, в заданных областях различна, и/или адаптирована к соответствующему радиусу кривизны, и/или увеличивается в направлении течения, в частности увеличивается, начиная от S-образного изогнутого участка до заданной области колена. При этом достигаются особенно точно адаптированные к каждому из участков всасывающего трубопровода гидравлические условия с небольшой потерей давления и хорошим перемешиванием.

Площадь поперечного сечения самого всасывающего трубопровода по длине трубопровода может быть по существу постоянной или, соответственно, быть выполнена одинаковой, что способствует достижению преимуществ изобретения, в частности, приводит к небольшой потере давления. Например, максимальное изменение площади поперечного сечения составляет 15%, предпочтительно максимально 10%, особенно предпочтительно максимально 5%. При этом достигается ламинарное течение по меньшей мере в пределах S-образного направления и одновременно по меньшей мере частичная гомогенизация/перемешивание.

Как показали исследования заявителя, для достижения вышеназванных преимуществ в сочетании с особенно компактной конструкцией предпочтительна конфигурация S-образного изогнутого участка, при которой S-образный изогнутый участок имеет два изгиба, составляющих каждый от 30 до 60 градусов, предпочтительно приблизительно 45 градусов.

Всасывающий трубопровод может быть конструктивно предпочтительно расположен внутри открытого кверху V-образного пространства двигателя внутреннего сгорания с V-образными рядами цилиндров, при этом всасывающий трубопровод проходит от впускной стороны приблизительно по длине двигателя внутреннего сгорания, через колено отведен назад к середине двигателя внутреннего сгорания и там оканчивается в двух боковых распределителях всасывания. При этом может получаться относительно длинный, способствующий гомогенизации рабочей смеси всасывающий трубопровод, который к тому же позволяет осуществлять равномерное распределение рабочей смеси по двум рядам цилиндров.

С точки зрения конструкции и монтажа предпочтительно S-образный изогнутый участок может при этом проходить под выполненным V-образно в поперечном сечении местом окончания колена в боковых распределителях всасывания.

Альтернативно у рядного двигателя внутреннего сгорания всасывающий трубопровод от впускной стороны может быть проведен по существу сбоку по всей длине двигателя внутреннего сгорания и через колено к имеющему подключение на противоположной торцевой стороне двигателя внутреннего сгорания распределителю всасывания. Расположенный сбоку от двигателя внутреннего сгорания всасывающий трубопровод может при этом также иметь относительно большую длину и соответственно этому положительно влиять на распределение смеси.

Наконец, на впускной стороне всасывающего трубопровода может быть предусмотрен смеситель газов устройства подачи газов.

Два примера осуществления изобретения ниже поясняются подробнее с дополнительными деталями. На схематичном чертеже показано на

фиг. 1: в стереоскопическом изображении устройство всасывания для двигателя внутреннего сгорания с двумя V-образно расположенными рядами цилиндров, снабженное всасывающей трубой с изогнутыми участками, подключенными распределителем всасывания и расположенными на впускной стороне всасывающей трубы смесителем газов;

фиг. 2: устройство всасывания в соответствии с фиг. 1 в продольном сечении, проходящем через середину всасывающей трубы;

фиг. 3: поперечное сечение колена всасывающей трубы по линии III-III фиг. 1;

фиг. 4: другое поперечное сечение всасывающей трубы по линии IV-IV фиг. 1 в области места окончания в двух распределителях всасывания двигателя внутреннего сгорания; и

фиг. 5: альтернативное устройство всасывания для рядного двигателя внутреннего сгорания, снабженного расположенной сбоку от двигателя внутреннего сгорания всасывающей трубой с изогнутыми участками.

На фиг. 1 и 2 показано устройство 1 всасывания двигателя внутреннего сгорания с V-образно расположенными рядами цилиндров с головками 2, 3 блока цилиндров (обозначено на фиг. 3 и 4), которое имеет сплошную всасывающую трубу 4, к впускному фланцу 4а которой подключен смеситель 5 газов (в частности, кольцевой смеситель известной конструкции).

Проходящая по существу по всей длине двигателя внутреннего сгорания и внутри V-образного пространства 6, образованного рядами цилиндров и головками 2, 3 блока цилиндров, всасывающая труба 4 имеет S-образный изогнутый участок с двумя составляющими примерно 45 градусов изгибами 4b, 4с (ср., в частности, фиг. 2) и примыкающее к ним через прямой переходный участок, составляющее приблизительно 270 градусов колено 4d.

Выдающееся вверх колено 4d отведено назад до середины двигателя внутреннего сгорания и там через V-образно выполненное ответвление 4е (фиг. 4) подключено к трубчатым патрубкам 7а, 8а двух распределителей 7, 8 всасывания, расположенных внутри V-образного пространства 6 двигателя внутреннего сгорания. Распределители 7, 8 всасывания собственно известным образом подключены к головкам 2, 3 блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с впускной стороны. Изогнутый участок 4с всасывающей трубы 4 проходит в области ответвления 4е под ним (ср. фиг. 4) и при необходимости соответственно адаптирован по форме поперечного сечения. Предпочтительным образом ответвление 4е расположено таким образом, что газ уже преимущественно (по меньшей мере на 90%, предпочтительно по меньшей мере на 95%, особенно предпочтительно по меньшей мере на 99%) смешан. Например, ответвление 4е расположено только после смесительного участка, изменяющего направление по меньшей мере на 160 градусов, предпочтительно после по меньшей мере 180 градусов. В изображенном варианте осуществления ответвление было расположено после изменения направления на 270 градусов, так что только после гомогенизации/смешивания газа происходит распределение потоков по двум рядам цилиндров.

В этом примере осуществления всасывающая труба от смесителя 5 газов до составляющего приблизительно 180 градусов участка колена 4d изготовлена из полимерного материала, и примыкающее к ней ответвление 4е с выполненным изогнутым участком, равным приблизительно 90 градусов, изготовлено из легкого металла.

Кроме того, всасывающая труба 4 посредством нескольких выполненных консолей 4f (фиг. 1, 3) прикреплена к распределителям 7, 8 всасывания и снабжена опорой 4g (фиг. 1), придающей жесткость колену 4d. Выполненные консоли могут служить для помещения других конструктивных элементов двигателя, таких как, например, прибор управления или кабелепровода (оба не изображены).

В участке Вентури смесителя 5 газов в соответствии с рабочими параметрами двигателя внутреннего сгорания газ, например специальный газ, такой как биогаз, синтетический газ, природный газ или СУГ (сжиженный углеводородный газ), чтобы назвать только некоторые для примера, подмешивается к воздуху, и эта топливо-воздушная смесь или, соответственно, газо-воздушная смесь через всасывающую трубу 4 и распределители 7, 8 всасывания направляется к двигателю внутреннего сгорания.

Для достижения как можно более гомогенной смеси без больших потерь давления всасывающая труба 4 по своей длине от впускного фланца 4а до ответвления 4е имеет по существу одинаковую площадь поперечного сечения.

При этом форма поперечного сечения всасывающей трубы 4 (фиг. 3) в S-образном изогнутом участке 4b, 4с до колена 4d или, соответственно, вдоль и вместе с тем в пределах колена 4d является овальной, при этом степень овальности, если смотреть в направлении течения, увеличивается, и в области колена 4d больше, чем в области S-образного изогнутого участка 4b, 4с. Увеличение происходит предпочтительно постоянно и непрерывно во избежание кромок и переходов. Благодаря изгибу возможна в целом компактная конструкция устройства всасывания, при этом благодаря овальности сильно изогнутого участка 4d колена всасывающего трубопровода 4 достигается относительно небольшая разница между рассматриваемым в продольном поперечном сечении всасывающего трубопровода (фиг. 2) радиусом наружной стенки и внутренней стенки всасывающего трубопровода 4 в области колена 4d, что приводит к тому, что также различия в течении между наружной стороной трубы и внутренней стороной трубы относительно невелики, и соответственно этому градиент скорости течения мал. Благодаря этому, несмотря на сильный изгиб всасывающего трубопровода в области колена 4d, происходит только небольшая потеря давления по сравнению с круглой трубой или, соответственно, круглым профилем, имеющим, например, поперечное сечение круглого цилиндра.

На фиг. 5 показано альтернативно выполненное устройство 9 всасывания для рядного двигателя 10 внутреннего сгорания, которое описано только постольку, поскольку оно существенно отличается от предыдущего примера осуществления.

Устройство 9 всасывания имеет, в свою очередь, всасывающую трубу 11 с S-образным изогнутым участком, включающим в себя изгибы 11b, 11с, и составляющее примерно 270 градусов колено 11d. Изгибы 11b, 11с здесь, как видно, выполнены различным образом, например, приблизительно на 30 градусов (11b) и 60 градусов (11с).

Всасывающая труба 11 проходит сбоку от головки 10а блока цилиндров двигателя 10 внутреннего сгорания, будучи расположена от впускного фланца 11а по всей длине двигателя внутреннего сгорания, и через колено 11d на противоположной торцевой стороне двигателя 10 внутреннего сгорания подключена к закрепленному на головке 10а блока цилиндров распределителю 12 всасывания.

Только в качестве примера здесь между изгибами 11b и 11с всасывающей трубы 11 расположена дроссельная заслонка 13.

Кроме того, всасывающая труба 11 здесь, например, может быть изготовлена полностью из легкого металла, например, методом литья под давлением, и посредством по меньшей мере одной прилитой к всасывающей трубе 11 консоли 1f прикреплена к соседнему распределителю 12 всасывания.

Геометрический расчет и принцип действия устройства 9 всасывания или соответственно всасывающей трубы 11 по существу такой же, как и у всасывающей трубы 4 в соответствии с фиг. 1-4, и поэтому в деталях не описан.

Список ссылочных обозначений

1. Устройство всасывания

2. Головка блока цилиндров

3. Головка блока цилиндров

4. Всасывающая труба

4а. Впускной фланец

4b. Изгиб

4с. Изгиб

4d. Колено

4е. Ответвление

4f. Консоли

4g. Опора

5. Смеситель газов

6. V-образное пространство

7. Распределитель всасывания

7а. Соединительный патрубок

8. Распределитель всасывания

8а. Соединительный патрубок

9. Устройство всасывания

10. Рядный двигатель внутреннего сгорания

10а. Головка блока цилиндров

11. Устройство всасывания

11а. Впускной фланец

11b. Изгиб

11с. Изгиб

11d. Колено

11f. Консоль

12. Распределитель всасывания

13. Дроссельная заслонка.

Изобретение может быть использовано в газовых двигателях внутреннего сгорания. Устройство (1) всасывания для двигателей внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами снабжено расположенным между по меньшей мере одним находящимся со стороны двигателя распределителем всасывания и всасывающим трубопроводом (4) устройства для подачи топлива. Всасывающий трубопровод (4) снабжен по меньшей мере одним изогнутым участком (4b, 4с, 4d), который или по меньшей мере один из которых имеет колено (4d), составляющее более 180 градусов. Форма поперечного сечения в пределах колена (4d) выполнена овальной или эллиптической. Технический результат заключается в упрощении конструкции в сочетании с низким падением давления. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство всасывания для двигателей внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, снабженное расположенным между по меньшей мере одним находящимся со стороны двигателя распределителем всасывания и устройством для подачи топлива всасывающим трубопроводом, отличающееся тем, что всасывающий трубопровод (4; 11) снабжен по меньшей мере одним изогнутым участком (4b, 4с, 4d; 11b, 11с, 11d), который или по меньшей мере один из которых имеет колено (4d; 11d), составляющее более 180 градусов, при этом форма поперечного сечения в пределах колена (4d; 11d) выполнена овальной или эллиптической.

2. Устройство всасывания по п. 1, отличающееся тем, что перед коленом (4d; 11d) включен по существу S-образный изогнутый участок (4b, 4с; 11b, 11с).

3. Устройство всасывания по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что форма поперечного сечения в пределах S-образного изогнутого участка (4b, 4с; 11b, 11с) также выполнена овальной или эллиптической.

4. Устройство всасывания по п. 3, отличающееся тем, что степень овальности во всасывающем трубопроводе (4; 11) различна или соответственно изменяется, и/или адаптирована к соответствующему радиусу кривизны, и/или увеличивается в направлении течения, в частности увеличивается, начиная от S-образного изогнутого участка (4b, 4с; 11b, 11с) до заданной области колена (4d; 11d).

5. Устройство всасывания по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения всасывающего трубопровода (4; 11) выполнена по существу одинаковой.

6. Устройство всасывания по п. 2, отличающееся тем, что S-образный изогнутый участок имеет два изгиба, составляющие каждый приблизительно от 30 до 60 градусов, в частности 45 градусов.

7. Устройство всасывания по п. 1, отличающееся тем, что всасывающий трубопровод (4) расположен внутри открытого кверху V-образного пространства (6) двигателя внутреннего сгорания с V-образными рядами цилиндров, при этом всасывающий трубопровод (4) проходит от впускной стороны (4а) по существу по длине двигателя внутреннего сгорания и через колено (4d) отведен назад к середине двигателя внутреннего сгорания и там оканчивается в двух боковых распределителях (7, 8) всасывания.

8. Устройство всасывания по п. 7, отличающееся тем, что S-образный изогнутый участок (4b, 4с) всасывающего трубопровода (4) проходит под выполненным V-образно в поперечном сечении ответвлением (4е) колена (4d) в боковые распределители (7, 8) всасывания.

9. Устройство всасывания по п. 1, отличающееся тем, что у рядного двигателя (10) внутреннего сгорания всасывающий трубопровод (11) от впускной стороны (11а) проведен по существу по всей длине двигателя (10) внутреннего сгорания и через колено (11d) к имеющему подключение на противоположной торцевой стороне двигателя (10) внутреннего сгорания распределителю (12) всасывания.

10. Устройство всасывания по п. 1, отличающееся тем, что на впускной стороне (4а; 11а) всасывающего трубопровода (4; 11) предусмотрен смеситель газов устройства подачи газов.