Впускная труба двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области автомобилестроения, к двигателям внутреннего сгорания, в частности к однорядным четырехцилиндровым четырехтактным двигателям карбюраторного типа. Впускная труба четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет распределительную полость с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя и подводящий патрубок. Подводящий патрубок подводит топливовоздушную смесь от карбюратора и расположен в середине трубы. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, которая разделяет распределительную полость на переднюю и заднюю полости, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров. Изобретение позволяет повысить мощность двигателя и снизить токсичность выхлопа. 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а конкретно к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к однорядным четырехцилиндровым, четырехтактным двигателям карбюраторного типа.

Известны впускные трубы двигателей автомобилей "Волга", "Москвич", "Жигули" и др., которые по форме и технической сущности сходны с предлагаемой впускной трубой и которые содержат горизонтальную распределительную полость с вертикальным подводящим патрубком в середине.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и принятой за прототип является впускная труба двигателя автомобиля "Волга" (см. Автомобиль "Волга" ГАЗ-24. - М.: Машиностроение, 1975 г.), содержащая распределительную полость с патрубками, распределяющими топливо в передние цилиндры и в задние цилиндры. Подводящий патрубок расположен в середине трубы. Поток в подводящем патрубке втекает в распределительную полость, в которой происходит колебательный процесс. Колебательный процесс происходит вследствие чередования впуска горючей смеси в передние и задние цилиндры. Во время впуска в передние цилиндры понижается давление смеси в задней полости, а во время впуска смеси в задние цилиндры понижается давление в передней полости. Пониженное давление впуска уменьшает наполнение цилиндров горючей смесью, что ведет к снижению мощности двигателя. Колебательный процесс в распределительной полости сопровождается сепарацией горючей смеси. У богатой и бедной смесей, по сравнению с оптимальной смесью, скорость горения меньше, поэтому топливо не успевает сгорать до верхней мертвой точки, догорание его происходит вне цилиндра. Такой процесс сгорания топлива сопровождается с одной стороны уменьшением мощности двигателя, а с другой - повышенной токсичностью выхлопа при сгорании богатой смеси.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в устранении указанных недостатков, т.е. повышении мощности двигателя и снижении токсичности выхлопа.

Впускная труба двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние цилиндры и в задние цилиндры и вертикальный подводящий патрубок, расположенный в середине. Новым является то, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала.

Вертикальная поперечная пластина - разделитель, разделяющая распределительную полость и подводящий патрубок, обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров, при этом потоки в передней и задней полостях движутся без колебаний в одном направлении. Это исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска смеси в цилиндры. Наполнение цилиндров однородной горючей смесью, повышенное давление впуска ее в цилиндры увеличивают мощность двигателя.

На фиг. 1 представлен продольный разрез впускной трубы.

На фиг. 2 - поперечный разрез впускной трубы.

На фиг. 3 - вид сверху.

На фиг. 4 представлен график зависимости изменения скорости движения автомобиля от времени пути на ограниченном участке.

На фиг. 5 представлен график зависимости мощности двигателя по частоте вращения коленвала с предлагаемой и штатной системами впуска топливовоздушной смеси в цилиндры.

В таблице 1 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя со штатной системой впуска.

В таблице 2 приведены измеренные и расчетные параметры автомобиля и двигателя с предлагаемой системой впуска.

Впускная труба 1 четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет горизонтальную распределительную полость, с патрубками подвода топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Два патрубка подводят топливовоздушную смесь в передние цилиндры двигателя, и два патрубка подводят топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя (на фиг. не показаны). В середине впускной трубы 1, между патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в передние цилиндры, и патрубками, подводящими топливовоздушную смесь в задние цилиндры двигателя, расположен вертикальный подводящий патрубок 2, который подводит топливовоздушную смесь от карбюратора через распределительную полость одновременно в передние и задние цилиндры двигателя. Внутри распределительной полости и подводящего патрубка 2 установлена вертикальная поперечная пластина 3, выполняющая функцию разделителя потока. Пластина 3 разделяет распределительную полость на переднюю 4 и заднюю 5 полости, а подводящий патрубок 2 на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала и обеспечивает раздельное наполнение горючей смесью передних и задних цилиндров.

Работает впускная труба 1 следующим образом. Топливовоздушная смесь от карбюратора подается в подводящий патрубок 2. Вертикальная разделительная пластина 3 разделяет поток топливовоздушной смеси на два равновеликих потока. Часть потока поступает в переднюю полость 4 и через нее в первые два цилиндра двигателя. Вторая часть потока поступает в заднюю полость 5 и через нее в два других цилиндра двигателя. При этом потоки в полостях 4 и 5 движутся без колебаний в одном направлении, так как потоки движутся по равновеликим каналам, что исключает сепарацию горючей смеси, а за счет скоростного напора повышается давление впуска ее в цилиндры, что приводит к повышению мощности двигателя. Исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы 1 приводит к снижению токсичности выхлопа двигателя.

Сравнительная оценка мощности двигателя автомобиля ГАЗ-24 "Волга" со штатной впускной трубой и заявляемой впускной трубой с разделителем потока производилась в дорожных условиях путем разгона автомобиля на прямой передаче при полном открытии дроссельных заслонок на асфальтовой дороге с небольшим углом подъема. Атмосферные условия при испытании: температура 20^oC, давление 755 мм рт. ст. Диапазон изменения скорости движения от 30 до 110 км/час. При испытании фиксировалось время секундомером через каждые 10 км/час по секундомеру. Результаты испытаний показаны на фиг. 4 - зависимость изменения скорости движения автомобиля от времени на ограниченном участке пути и на фиг. 5 - зависимость изменения мощности двигателя по частоте вращения коленвала.

Расчет мощности двигателя производился по методике расчета тягово-скоростных свойств автомобиля (см. "Краткий автомобильный справочник НИИАТ". - М. : Транспорт, 1984 г.) По рекомендации этого источника были выбраны постоянные значения коэффициентов, необходимые для расчета.

В расчетах принято: 1. Вес автомобиля в снаряженном состоянии с 4-мя пассажирами - G_a = 1700 кгс.

2. Лобовая площадь автомобиля - F = 2 м².

3. Радиус качения колес - г_х = 0,31 м.

4. Передаточное число главной передачи - i_o = 4.1.

5. Механический КПД трансмиссии - γ_t= 0,87. 6. Коэффициент сопротивления качению колес f = 0.020.

7. Коэффициент обтекания автомобиля k = 0,025 кгс с²/м⁴.

8. Средний угол продольного подъема дороги при l = 2200 м, h = 66 м α = arc sin 0,03 = 1,72^o; cos 1,72 = 0,9995 Тяговый баланс автомобиля - распределение силы тяги P_к на ведущих колесах по отдельным видам сопротивления движения автомобиля определяется по формуле P_к= P_f+P_α+P_v+P_j. Сила сопротивления качению колес: P_f = f G_a Cos α = 0,020 х 1700 х 0,9995 = 33,98 кгс.

Сила сопротивления подъему: P_α= G_asinα = 1700 х 0,03 = 51,00 кгс.

Сила сопротивления воздуха движению автомобиля: P_v = kF V²_a/3,6² = 0,025x2xV²_a/3,6²=3,858·10^-3V²_a кгс.

Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2.

Сила инерции автомобиля: P_ji = δ G_aI_i/g кгс.

Здесь коэффициент δ учитывает влияние инерции вращающихся деталей автомобиля и находится по формуле δ = 1,04 + 0,041i_o = 1,04 + 0,04 х 4,1 = 1,204.

g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с².

На ускорение автомобиля 1 м/с² оказывают влияние крутящий момент двигателя и угол продольного подъема дороги α, которые во время испытания имели переменные значения, поэтому I_i определяют в диапазоне изменения скорости V_a = 10 км/час по уравнению: Величины t_i берутся из таблиц.

Для автомобиля со штатной системой впуска:


Для автомобиля с предлагаемой системой впуска,

Результаты расчетов I_i приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Подставляя в формулу силы инерции автомобиля известные значения I_i, находим:
P_ji = 1,204x1700 I_i/9,81 = 208,64 I_i кгс.

По известным величинам I_i для автомобиля с обеими системами впуска определяем P_j, которые также приведены в соответствующих таблицах 1 и 2.

Суммируя в таблицах найденные значения P_fi, P_vi и P_ji каждого режима, определим величину силы тяги на ведущих колесах автомобиля P_ki.

Мощность двигателя, затрачиваемая на преодоление всех сопротивлений, определяется по формуле:
N_e = P_kV_a 3,6x75
Для нулевого режима, когда V_a = 30 км/час = const
N_e = 88,45х30/3,6х75х0,87 = 11,30 л.с.

Для остальных позиций V_a = 10 км/час прирост мощности
Δ N_ei = P_kx10/3,6x75x0,87 = 0,04257 P_ki л.с.

Результат расчетов представлен в таблицах 1 и 2.

Мощность двигателя каждого режима:
N_ei = N_eo + Δ N_ei л.с.

Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2.

В таблице 2 приведена абсолютная разность мощностей с предлагаемой и штатной системами впуска N_{ei предл.} - N_{ei шт.}, а также относительная в %.

Частота вращения коленвала двигателя связана со скоростью движения автомобиля следующим соотношением:

где V_a имеет размерность км/час.

В последнем столбце таблицы 2 приведены частоты вращения коленвала двигателя, рассчитанные по приведенной выше формуле.

Таким образом, из приведенного расчета и из графиков (фиг. 3 и фиг. 4) видно, что предлагаемая система впуска топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания обеспечивает более высокую мощность двигателя и, следовательно, повышенную скорость автомобиля, по сравнению с известными аналогами, что достигается за счет исключения колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы путем установки разделительной пластины. Кроме того, исключение колебательного процесса в распределительной полости впускной трубы приводит к снижению токсичности выхлопа и, следовательно, повышению экологичности двигателя, что имеет большое значение при его эксплуатации.

Формула изобретения

Впускная труба двигателя внутреннего сгорания, имеющая горизонтальную распределительную полость с патрубками подвода топлива в передние и задние цилиндры двигателя и с вертикальным подводящим патрубком, расположенным в середине, отличающаяся тем, что внутри распределительной полости и подводящего патрубка установлена вертикальная поперечная пластина, разделяющая распределительную полость на переднюю и заднюю части, а подводящий патрубок - на два равновеликих по площади не сообщающихся между собой канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6