Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F01L9/04 

Фиг. 1

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности, к транспортным двигателям и устройствам для газообмена.

Цель изобретения - повышение удельной мощности и экономичности двигателя, путем увеличения коэффициента наполнения и уменьшения степени дросселирования на впуске.

Число запорных электромагнитных клапанов определяется наперед заданными мощностью привода и максимальными скоростями газового потока. Так, например, мощность магнитопровода для впускного штатного клапана двигателя ВАЗ 2105 на номинальном режиме превышает 300 Вт. При этом скорость газового потока при часовом расходе воздуха Сь ««300 кг/ч и отноРшении -5± 0,97, где Рц и Рк

ГКЛ

соответственно давление в цилиндре двигателя и давление воздуха на впуске, составляет С -85 м/с.

Задаваясь мощностью привода, напр., Nnp 1C.,.12 Вт, и максимальной скоростью газового потока С 260 м/с, определяем размеры клапанов (ход и диаметр), их количество и массу каждого из них, исходя из необходимости обеспечения требуемого массового расхода воздуха. Последний обеспечивается избыточным давлением впуска. Средняя скорость поршня определяется с помощью формулы

r s н. .

l.n- -30,

площадь проходного сечения в клапане f-2.22d(dB«- IT),

где tip диметр впускного (выпускного) кла пзна,

h высота подъема клапана. Последние величины dp, и h определяются из уравнения неразрывности потока при наперед заданных максимально допустимых скоростях его во впускном (выпускном) клапане.

В соответствии с изложенным для упомянутого двигателя ВАЗ-2105 могут быть предложены, например, следующие размеры клапанов и параметры газового потока: высота подъема клапана (ход) мм, диаметр клапана мм.

Для обеспечения требуемого расхода воздуха, кг/ч, необходимо четыре впускных (и выпускных) клапана и . Затраты мощности на магнитопровод при этом Вт. р

Отношение 0,485.

Аналогичный эффект имеет место и по отношению к механическим системам газораспределения.

На фиг.1 показана принципиальная схема механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с электромагнитным приводом впускного и выпускного запорного клапана; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Он содержит воздухоочиститель 1, связанный с компрессором 3, приводящийся в действие электродвигателем 2, воздушный ресивер 4, сообщенный с впускным трубопроводом 6, электромагнитные (или механические) приводы 5 и 9 впускных 8 и выпускных 10 клапанов, подпружиненных гибким элементом 7, впускной трубопровод

11.

Двигатель работает следующим образом.

Воздух через воздухоочиститель 1 с помощью компрессора 3 подается в воздушный ресивер 4 и находится там под, например, постоянным давлением 2 бар.

При работе двигателя воздух из ресивера 4 через впускной трубопровод 6 поступает под избыточным давлением через впускные клапаны 8 в цилиндр двигателя. При этом давление впуска в цилиндре такое

же, как в обычном двигателе без наддува.

Импульсы на впускные и выпускные клапаны поступают от датчиков, установленных на маховика двигателя, в последовательности, обеспечивающей необходимые

фазы газораспределения.

При механическом приводе клапанов принцип работы двигателя и последовательность операций (действий) остается такой же, как и при электроприводе клапанов.

Постоянство избыточного давления в ресивере 4 поддерживается редукционным клапаном.

Использование предлагаемого ДВС позволяет по сравнению с существующими повысить максимальную и удельную мощности, экономичность, снизить металлоемкость и токсичность.

Максимальная мощность двигателя может быть получена за счет увеличения его

наполнения и частоты вращения.

Экономичность двигателя улучшается за счет относительного увеличения механического коэффициента полезного действия, оптимизации параметров рабочего процесса при работе двигателя на частичных нагрузках.

Возможность оптимизации рабочего процесса позволяет также снизить токсичность отработавших газов, реализовать

прогрессивные методы-управления процессом сгорания.

Снижение металлоемкости достигается прежде всего отсутствием традиционной металлоемкой системы газораспределения, ее привода. Резкое снижение масс запорных электромагнитных клапанов позволяет, как отмечалось, кардинально решить проблему уменьшения габаритов и мощности электромагнитных приводов, существенно увеличить их быстродействие и, в конечном счете, значительно повысить общую эффективность работы ДВС.

Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку, впускные и выпускные запорные клапаны с приводом, цилиндр с размещенным в нем поршнем, впускной и выпускной трубопроводы, и компрессор, связанный с цилиндром, отличающий- с я тем, что, с целью повышения удельной мощности и экономичности путем увеличения коэффициента наполнения и уменьшения степени дросселирования на впуске, количество п впускных клапанов, связанных с внешним источником избыточного давления, определено соотношением

n A

(&)

ficn V4

где А - безразмерный коэффициент, равный для современных двигателей 0,04-0,07, характеризующий отношение средней скорости поршня Сп к скорости свежего заряда в клапане С1кл и равный:

Сп

Скл

У К

с. у и

к-1

где Ј- коэффициент сопротивления впуск- ного трубопровода;

Ро, ро соответственно атмосферное давление и плотность газа; к - показатель адиабаты; Рц и Рк - соответственно давление в цилиндре двигателя и избыточное давление в ресивере;

Vh - рабочий объем цилиндра; S - ход поршня; D - диаметр цилиндра,1 fioi - площадь проходного сечения в клапа- не.

2. Двигатель по п. 1,отличающийся тем, что привод запорных клапанов выполнен электрическим.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что привод запорных клапанов выполнен механическим.

4. Двигатель по п.1,отличающийся тем, что, с целью поддержания постоянного избыточного давления на впуске при любых режимах работы двигателя, последний снабжен ресивером, соединенным с компрессором и цилиндром двигателя.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что привод компрессора выполнен электрическим.

1806277

А-А

Использование: двигателестроение, в частности транспортные двигатели и устройства для газообмена, и позволяет повысить экономичность и максимальную мощность, снизить металлоемкость и токсичность отработавших газов. Сущность изобретения: двигатель содержит воздухоочиститель 1, электродвигатель 2, компрессор 3, воздушный ресивер 4, электромагнитный привод 5, впускной трубопровод 6, пружину 7, впускной клапан 8, электромагнитный привод 9 выпускного клапана 10, выпускной трубопровод 11. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2