Устройство впрыска воздуха в ДВС Российский патент 2022 года по МПК F02B33/44 

Устройство впрыска воздуха в ДВС относится к моторостроению и может быть использовано в газораспределительном механизме 4-х и 2-х тактном двигателе внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания с наддувом, описанный в патенте №2543109 с приоритетом от 11.02.11 г., где двигатель внутреннего сгорания механически приводит в действие компрессор, параллельно компрессору установлен компрессорный байпасный клапан для обхода компрессора, а параллельно турбине высокого давления установлен турбинный байпасный клапан для обхода турбины высокого давления.

Самым близким по своей технической сущности является система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания по патенту №2472950 с приоритетом от 20.04.2011 г., опубл. 27.10.2012 г., содержащая турбину, компрессор, газоподводящие каналы, впускной коллектор, перепускной клапан отработавших газов с пнемоэлементом, байпасный канал наддувочного воздуха, на котором установлен перепускной клапан надувочного воздуха, охладитель наддувочного воздуха и блок управления. К первому, второму, третьему, четвертому входам блока управления подключены соответственно датчики температуры и давления, установленные во впускном коллекторе, датчик положения органа топливоподачи и датчик частоты вращения коленчатого вала, установленные на двигателе. К выходам блока управления подключены соответственно перепускной клапан наддувочного воздуха и электромагнитный клапан, управляющий подводом надувочного воздуха в надмембранное пространство пневмоэлемента перепускного клапана отработавших газов.

Но данные устройства не позволяют избавиться от недостатков конструкции турбонаддува с использованием энергии выхлопных газов. Для создания давления наддувочного газа необходимо потратить энергию выхлопных газов, что означает потерю мощности на преодоление сопротивления турбины и соосного с ней компрессора. Кроме того, также не преодолена сложность конструкции, ее многодетальность и ограниченный ресурс, так как колеса турбины и компрессора соответсвенно, являются телами вращения и с соответсвующими эксплутационными требованиями, такими как создание условий для охлаждения турбины на холостом ходу, обеспечением подачи масла в зону масляного клина. Сложность, многодетальность, определенные условия эксплуатации только снижает надежность системы в целом. Кроме того, проблемой является эффект турбоямы, для преодоления которого приходится еще более усложнять конструкцию элементов турбонаддува.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение технических средств за счет обеспечения наполнения цилиндра воздухом, что в свою очередь ведет к увеличению тяги во всем диапазоне оборотов двигателя, вследствие чего уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство впрыска воздуха в ДВС содержит компрессор, воздушную форсунку, топливную форсунку, свечу зажигания, цилиндр ДВС, вертикально расположенный резервуар высокого давления, снабженный манометром, клапаном для закачки воздуха, предохранительным клапаном сброса лишнего давления, по крайней мере одним воздушным трубопроводом, соединенным с каждой воздушной форсункой, установленной непосредственно в цилиндры ДВС, причем каждый цилиндр снабжен выхлопными окнами, расположенными друг против друга, а воздушная форсунка выполнена таким образом, что отверстия для прохождения воздуха расположены вокруг топливной форсунки. Резервуар высокого давления на ДВС расположен вертикально, при таком расположении для охлаждения горячего воздуха он интегрирован в систему охлаждения ДВС, а поскольку воздух горячий, а охлаждающая жидкость холодная, в резервуаре скапливается конденсат. В верхней части резервуара установлен манометр для контроля давления в резервуаре и установлен дополнительный клапан для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса. Установка воздушного трубопровода для подачи воздуха к форсункам в верхней части резервуара, а предохранительного клапана, для сброса избыточного давления в нижней точке резервуара позволяет сбрасывать помимо избыточного давления и накапливающийся в резервуаре конденсат. При длительной остановки двигателя, например неделя, месяц, существует вероятность потери воздуха при не герметичности системы и выходе всего воздуха из резервуара высокого давления, в этом случае для запуска двигателя в верхней части резервуара расположен клапан для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса, можно использовать насос, которым накачивают колеса. После закачки воздуха и при подъеме давление в резервуаре 2-3 атмосферы, производят запуск двигателя, и дальше воздух качает уже компрессор не моторе. Воздушная форсунка выполнена таким образом, что отверстия для прохождения воздуха выполнены вокруг топливной форсунки. Такая конструкция воздушной форсунки позволяет на 4-х тактных ДВС избавиться от большого количества клапанов и разных систем контролирующих подъем и опускания клапанов и времени их открытия и закрытия, а на 2-х тактном ДВС позволяет отказаться от постоянного расхода масла. Систему смазки коленвала, шатунов, поршней и подшипников выполнены как на 4-х тактном ДВС циркуляционной, без постоянного расхода масла, т.к. продувочные окна отсутствуют - картер не сообщается с цилиндром, поскольку есть воздушная форсунка для подачи воздуха в цилиндр. Таким образом воздушная форсунка используется вместо наддува, т.е. указанная конструкция позволяет подавать в цилиндр в 1,5 или в 2 раза больше воздуха. Кроме того, заявленное устройство позволяет использовать ДВС в 2-х или 3-х режимах, например режим круиз - подача воздуха, как у обычного атмосферного ДВС, режим спорт - подача воздуха в 1,5 раза больше, режим драйв подача воздуха в 2 раза больше. Всеми режимами управляет ЭБУ (электронный блок управления) двигателя.

Суть технического решения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображено устройство впрыска воздуха в ДВС компрессор 1, воздушная форсунка 2, топливная форсунка 3, резервуар высокого давления 4, предохранительный клапан 5, воздушный трубопровод 6, цилиндр ДВС 7, выхлопные окна 8, манометр 9, клапан для закачки воздуха 10, свеча зажигания 11. На фигуре 2 компрессор 1, изображена воздушная форсунка 2, топливная форсунка 3, резервуар высокого давления 4, предохранительный клапан 5, воздушный трубопровод 6, цилиндр 7, манометр 9, клапан для закачки воздуха 10, свеча зажигания 11, выпускной клапан 12.

Устройство впрыска воздуха в ДВС работает следующим образом. На двигатель внутреннего сгорания устанавливается поршневой компрессор 1, который приводит в движение ремнем или цепью, от коленвала двигателя. Компрессор 1 нагнетает воздух в резервуар высокого давления 4, который интегрирован в охлаждающую систему двигателя, т.е. охлаждается жидкостью в системе охлаждения. Резервуар 4 расположен вертикально, в нижней части установлен предохранительный клапан 5 для сброса лишнего давления сверх нормы, от резервуара 4 отходят воздушные трубопроводы 6 к воздушным форсункам 2 установленные непосредственно в цилиндры ДВС 7, причем цилиндр 7 2-х тактного ДВС снабжен выхлопными окнами 8 расположенными друг против друга, а цилиндр 7 4-х тактного ДВС содержит один клапан 12, который работает только на выхлоп отработанных газов. В 2-х тактном ДВС поршень, совершая рабочий ход, движется к НМТ (нижняя мертвая точка), в момент открытия поршнем выхлопных окон 8 на половину их высоты, воздушная форсунка 2 производит впрыск воздуха, количество которого определяет ЭБУ ДВС, получая информацию от датчика положения педали (рукоятки) газа, таким образом, новая порция воздуха, заполняя цилиндр 7, выдавливает оставшиеся отработанные газы из него. Поршень дошел до НМТ выхлоп произошел, поршень пошел к ВМТ далее срабатывает топливная форсунка 3 свеча зажигания 11. В 4-х тактном ДВС произошел рабочий ход, поршень достиг НМТ, открывается клапан 12 на выброс отработанных газов. Поршень пошел наверх в ВМТ (верхняя мертвая точка) выдавливая выхлопные газы. Когда поршень достиг ВМТ, открывается воздушная форсунка 2 и производит впрыск воздуха в цилиндр 7, вытесняя остатки отработанных газов из камер сгорания. После продувки камеры сгорания выпускной клапан 12 закрывается, поршень пошел вниз к НМТ, а воздушная форсунка 2 впрыскивает такое количество воздуха, которое определило ЭБУ ДВС, получив информацию от датчика положения педали (рукоятки) газа, далее срабатывает топливная форсунка 3 свеча зажигания 11 и цикл повторяется.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство впрыска воздуха в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит компрессор (1), воздушную форсунку (2), топливную форсунку (3), свечу (11) зажигания, цилиндр (7) ДВС. Устройство содержит вертикально расположенный резервуар (4) высокого давления, снабженный манометром (9), клапаном (10) для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса, предохранительным клапаном (5) сброса лишнего давления и по крайней мере одним воздушным трубопроводом (6), соединенным с воздушной форсункой (2), установленной непосредственно в цилиндры (7) ДВС. Каждый цилиндр (7) снабжен выхлопными окнами, расположенными друг против друга. Технический результат заключается в уменьшении выброса вредных веществ в атмосферу. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство впрыска воздуха в ДВС, содержащее компрессор, воздушную форсунку, топливную форсунку, свечу зажигания, цилиндр ДВС, отличающееся тем, что устройство содержит вертикально расположенный резервуар высокого давления, снабженный манометром, клапаном для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса, предохранительным клапаном сброса лишнего давления, по крайней мере одним воздушным трубопроводом, соединенным с воздушной форсункой, установленной непосредственно в цилиндры ДВС, причем каждый цилиндр снабжен выхлопными окнами, расположенными друг против друга.

2. Устройство впрыска воздуха в ДВС по п. 1, отличающееся тем, что воздушная форсунка выполнена таким образом, что отверстия для прохождения воздуха расположены вокруг топливной форсунки.