Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Техническим результатом является снижение токсичности отработавших газов за счет равномерного распределения по цилиндрам двигателя паров топлива, приготовленных топливоиспарительной системой. Сущность изобретения заключается в том, что многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием снабжен топливоиспарительной системой, подсоединенной системой трубопроводов к впускным патрубкам двигателя. Система трубопроводов выполнена разветвляющейся, а цилиндры соединены с ней попарно в соответствии с порядком их работы для обеспечения максимального времени между подачей испаренного топлива по ответвлениям трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к многоцилиндровому двигателю внутреннего сгорания с принудительным зажиганием в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения. Уже известен (GB-OS 2248087) двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускную трубу, переходящую во впускной коллектор, от которого к отдельным камерам сгорания, соответственно к отдельным цилиндрам двигателя, ответвляются отдельные впускные патрубки. С помощью клапанных форсунок, расположенных на патрубках впускного коллектора перед впускными клапанами камер сгорания, может осуществляться впрыск топлива в патрубки впускного коллектора с приготовлением воспламеняющейся топливовоздушной смеси, которая при открытых впускных клапанах поступает в камеры сгорания. При этом электронный блок управления двигателем в зависимости от количества впускаемого воздуха двигателя внутреннего сгорания, а также от других рабочих параметров последнего регулирует количество топлива, впрыскиваемого форсунками.

В дополнение к отдельным клапанным форсункам для впрыскивания топлива в двигателе внутреннего сгорания предусмотрена еще одна клапанная форсунка, которая является частью центральной топливоиспарительной системы, позволяющей образовывать пары топлива, которые затем вводятся во впускную трубу перед дроссельным органом, выполненным, например, в виде дроссельной заслонки. Подача топлива с помощью топливоиспарительной системы ограничена при этом нижним диапазоном нагрузок, в частности холостым ходом двигателя внутреннего сгорания. В верхнем диапазоне нагрузок, в частности при полной нагрузке, необходимое топливо подается исключительно клапанными форсунками, запитывающими камеры сгорания, соответственно цилиндры. Подача парообразного топлива во впускную трубу должна в значительной мере препятствовать неизбежной в противном случае обратной конденсации паров топлива на холодных стенках двигателя внутреннего сгорания в период пуска и прогрева последнего с целью максимально снизить выброс в атмосферу вредных компонентов отработавших газов, в частности углеводородов.

Однако проблематичным при этом является то, что в зависимости от порядка работы отдельных цилиндров, соответственно от порядка впуска в них горючей смеси в результате взаимного влияния цилиндров при всасывании паров топлива, приготовленных топливоиспарительной системой, эти пары топлива вследствие колебаний напора во впускной трубе распределяются по отдельным камерам сгорания цилиндров неравномерно. Следствием этого является повышенный выброс в атмосферу компонентов отработавших газов и тем самым невозможность соблюдения исключительно жестких норм по составу отработавших газов, а также невозможность плавной, спокойной работы двигателя внутреннего сгорания.

Краткое описание сущности изобретения Преимущество предлагаемого двигателя внутреннего сгорания с отличительными признаками п. 1 формулы изобретения в сравнении с уровнем техники заключается в том, что он обеспечивает практически равномерное распределение приготавливаемой топливоиспарительной системой паров топлива, соответственно топливовоздушной смеси по отдельным камерам сгорания двигателя, что позволяет соблюсти исключительно строгие нормы по составу отработавших газов, а также обеспечивает плавную, спокойную работу двигателя внутреннего сгорания.

Предпочтительные варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, представленного в п. 1 формулы изобретения, указаны в зависимых пунктах.

Описание чертежей Ниже изобретение подробнее поясняется на примерах его выполнения со ссылкой на упрощенные чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - разрез части двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению на фиг. 2 - первый пример выполнения предлагаемой системы трубопроводов для двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 3 - второй пример выполнения предлагаемой системы трубопроводов для двигателя внутреннего сгорания.

Описание примеров выполнения На фиг. 1 показан разрез части обозначенного позицией 10 двигателя внутреннего сгорания (ДВС), имеющего четыре цилиндра 1, 2, 3, 4, соответственно четыре камеры 13 сгорания, причем на фиг. 1 изображен только один цилиндр 1 с одной камерой 13 сгорания. Каждая камера 13 сгорания имеет по меньшей мере один впускной клапан 14 и одну свечу 19 зажигания. Перед впускным клапаном 14 на впускном патрубке 15 ДВС 10 предусмотрена по меньшей мере одна клапанная форсунка 12, которая может впрыскивать топливо во впускной патрубок 15 в направлении впускного клапана 14. Четыре патрубка 15 выходят, например, из впускного коллектора 16, являющегося частью проходящей далее впускной трубы 17 ДВС 10. Во впускной трубе 17 для управления количеством всасываемого двигателем воздуха размещен дроссельный орган 18, выполненный, например, в виде дроссельной заслонки и установленный с возможностью поворота во впускной трубе 17. Всасываемый двигателем 10 из окружающей атмосферы воздух проходит через не показанный воздушный фильтр в направлении показанной на фиг. 1 стрелки 20 во впускную трубу 17, откуда он при открытой дроссельной заслонке 18 попадает во впускной коллектор 16, а из него через впускные патрубки 15 распределяется по отдельным камерам 13 сгорания ДВС 10.

Перед дроссельной заслонкой 18 от впускной трубы 17 ответвляется воздухопровод 24 холостого хода, который проходит в смесительную камеру 25 топливоиспарительной системы 26. В воздухопроводе 24 может быть предусмотрен дроссель 32, например, в виде дроссельной шайбы, которая путем дросселирования ограничивает количество воздуха, проходящего в воздухопроводе 24. Топливоиспарительная система 26 имеет, например, центральную клапанную форсунку 27, оснащенную нагревательной насадкой 28. Эта насадка 28 содержит, например, электрически нагреваемую известным образом испарительную структуру 29 для жидкого топлива и предназначенные для этого нагревательные элементы 31 сопротивления, которые, например, могут иметь положительный температурный коэффициент (ПТК) или отрицательный температурный коэффициент (ОТК).

Для управления нагревательными элементами 31 может быть предусмотрен, например, не показанный электронный блок управления. Нагревательные элементы 31 размещены в корпусе 30 испарителя и выполнены, например, пластинчатыми, а также при необходимости могут иметь пористую поверхность. От смесительной камеры 25 топливоиспарительной системы 26 отходит центральный трубопровод 35, переходящий в разветвленную систему 36 трубопроводов, которая обеспечивает соединение отдельных камер 13 сгорания ДВС 10 со смесительной камерой 25.

Согласно изобретению система 36 трубопроводов выполнена с разводкой трубопроводов по впускным патрубкам 15 ДВС 10 таким образом, что лишь камеры 13 сгорания, соответственно цилиндры 1, 2, 3, 4, которые имеют не последовательный порядок работы, соединены попарно друг с другом и совместно соединены центральным трубопроводом 35 с топливоиспарительной системой 26, соответственно со смесительной камерой 25.

На фиг. 1 и 2 более подробно изображена предлагаемая система 36 трубопроводов для четырехцилиндрового ДВС 10 с принудительным зажиганием. Показанный штриховой линией ДВС 10 имеет четыре цилиндра 1,2, 3, 4, которые на практике, в отличие от изображения на фиг. 2, расположены друг за другом в последовательности 1, 2, 3 и 4, а работают, например, в порядке 1-3-4-2. Выходящий из топливоиспарительной системы 26 центральный трубопровод 35 разветвляется на первый промежуточный трубопровод 38 и второй промежуточный трубопровод 39. Первый промежуточный трубопровод 38 разветвляется далее на первый цилиндровый трубопровод 41 к первому цилиндру 1 и второй цилиндровый трубопровод 42 к четвертому цилиндру 4.

Таким же образом разветвляется второй промежуточный трубопровод 39 на третий цилиндровый трубопровод 43 к третьему цилиндру 3 и четвертый цилиндровый трубопровод 44 к второму цилиндру 2. Места разветвлений трубопроводов 35, 38, 39 и 38, 41, 42 и 39, 43, 44 имеют Y-образную форму с коленами, образующими предпочтительно максимально возможный острый угол между отходящими трубопроводами 41 и 42; 43 и 44 с целью свести к минимуму взаимное влияние попарно соединенных друг с другом цилиндров в результате повышенного сопротивления потока. Следует отметить, что места разветвлений могут иметь T-образную форму. Поскольку первый цилиндровый трубопровод 41 подсоединен к первому цилиндру 1, второй цилиндровый трубопровод 42 - к четвертому цилиндру 4, третий цилиндровый трубопровод 43 - к третьему цилиндру 3 и четвертый цилиндровый трубопровод 44 - к второму цилиндру 2, при предусмотренном порядке работы цилиндров 1-3-4-2, т.е. при воспламенении с помощью свечей 19 зажигания сначала цилиндра 1, затем цилиндра 3, затем цилиндра 4 и в завершение цилиндра 2, лишь камеры сгорания, соответственно цилиндры, которые работают не в прямом порядке, соединены попарно друг с другом, а также соединены парами цилиндровых трубопроводов 38, 39 и центральным трубопроводом 35 с топливоиспарительной системой 26.

Трубопроводы 35, 38, 39, 41-44 системы 36 трубопроводов выполнены предпочтительно в виде жестких труб или гибких труб из упругого материала с небольшой теплопроводностью, например, из пластмассы. Места соединения трубопроводов 41-44, соответственно место ввода паров топлива во впускные патрубки 15 расположены, как показано на фиг. 1, вблизи впускных клапанов 14 ДВС 10. Работа топливоиспарительной системы 26 предпочтительно ограничена нижним диапазоном нагрузок ДВС 10, в частности диапазоном нагрузок холостого хода. Однако можно предусмотреть также работу топливоиспарительной системы 26 в диапазоне граничащих с диапазоном холостого хода частичных нагрузок и даже вплоть до достижения почти полной нагрузки двигателя внутреннего сгорания. При этом, в частности, при работе в верхнем интервале диапазона частичной нагрузки топливовоздушная смесь в трубопроводах 35, 38, 39, 41, 42, 43, 44 может оказаться слишком богатой, т.е. может содержать избыточное для воспламенения с помощью свечей 19 зажигания количество топлива.

Повысить количество воздуха невозможно, поскольку расход подводимого в смесительную камеру 25 воздуха поддерживается постоянным, например, с помощью постоянного дросселя 32, предусмотренного в воздухопроводе 24 холостого хода. Однако это не оказывает никакого влияния на сгорание топлива в камерах 13 сгорания цилиндров 1-4, поскольку после поступления слишком богатой топливовоздушной смеси по трубопроводам 41-44 в результате смешения с впускаемым воздухом в патрубках 15 снова образуется воспламеняемая топливовоздушная смесь. При подаче топливовоздушной смеси с помощью топливоиспарительной системы 26 клапанные форсунки 12 бездействуют, т.е. они не впрыскивают топливо во впускные патрубки 15. Лишь центральная клапанная форсунка 27 топливоиспарительной системы 26 подает топливо в жидком виде, которое попадает в электрообогреваемую испарительную структуру 29 для нагрева в ней и по меньшей мере частичного испарения.

Вследствие изменения объема жидкого топлива при переходе в паровую фазу при нагревании топливо поступает в смесительную камеру 25. Одновременно в смесительную камеру 25 по воздухопроводу 24 холостого хода вводится воздух для образования в смесительной камере 25 воспламеняемой в диапазоне холостого хода топливовоздушной смеси с λ=1, которая затем поступает по центральному трубопроводу 35 в систему 36 трубопроводов. При этом количество топлива в горючей смеси можно регулировать количеством топлива, впрыскиваемого центральной клапанной форсункой 27 топливоиспарительной системы 26. Подводимое в смесительную камеру 25 количество воздуха должно при этом в основном соответствовать количеству воздуха, необходимого обычно для работы двигателя внутреннего сгорания в режиме холостого хода. Однако можно также предусмотреть на воздухопроводе 24 холостого хода изображенный на фиг. 1 штриховой линией регулятор 46 холостого хода для регулирования расхода подводимого в смесительную камеру 25 воздуха. По окончании периода прогрева или при повышенной потребности в топливе, например при резком ускорении, при подъеме в гору или т. п., дополнительно к приготовлению горючей смеси с помощью топливоиспарительной системы 26 или вместо этого можно осуществить переключение на обычное впрыскивание в отдельные цилиндры с помощью клапанных форсунок 12.

Как уже отмечалось выше, в показанной на фиг. 2 системе 36 трубопроводов соединяются друг с другом и с топливоиспарительной системой 26 лишь цилиндры, которые работают не в прямом порядке, соответственно не в прямом порядке впуска, поэтому для цилиндров 1, 2, 3, 4, последовательно всасывающих в порядке 1-3-4-2, паропроводы имеют различную длину до смесительной камеры 25. При этом подбором соответствующим образом длин трубопроводов 38, 39 и 41-44 можно практически полностью устранить взаимное влияние, обусловленное колебаниями напора во впускной трубе при впуске в цилиндры, что позволяет равномерно распределять образующуюся в смесительной камере 25 топливовоздушную смесь по отдельным цилиндрам 1, 2, 3 и 4 ДВС 10, соответственно по камерам 13 сгорания.

На фиг. 3 показан второй, предлагаемый согласно изобретению пример выполнения двигателя внутреннего сгорания, в котором одинаковые или одинаково функционирующие элементы обозначены теми же позициями, что и на фиг. 1 и 2. На фиг. 3 штриховой линией показан ДВС 10' с шестью цилиндрами 1, 2, 3, 4, 5 и 6, которые на практике в отличие от изображения на фиг. 3 расположены друг за другом в последовательности 1, 2, 3, 4, 5 и 6, a работают, например, в порядке 1-5-3-6-2-4. Выходящий из топливоиспарительной системы 26 центральный трубопровод 35' разветвляется на первый промежуточный трубопровод 48, второй промежуточный трубопровод 49 и третий промежуточный трубопровод 50.

Первый промежуточный трубопровод 48 разветвляется далее на первый цилиндровый трубопровод 51 к первому цилиндру 1 и второй цилиндровый трубопровод 52 к шестому цилиндру 6. Второй промежуточный трубопровод 49 разветвляется на третий цилиндровый трубопровод 53 к пятому цилиндру 5 и четвертый цилиндровый трубопровод 54 к второму цилиндру 2. Третий промежуточный трубопровод 50 разветвляется далее на пятый цилиндровый трубопровод 55 к третьему цилиндру 3 и шестой цилиндровый трубопровод 56 к четвертому цилиндру 4. Места разветвлений трубопроводов 48, 51, 52; 49, 53, 54 и 50, 55, 56 системы 36' трубопроводов имеют Y-образную форму с коленами, образующими предпочтительно максимально возможный острый угол между ответвляющимися трубопроводами 51, 52; 53, 54; 55, 56.

Поскольку первый цилиндровый трубопровод 51 соединен с первым цилиндром 1, второй цилиндровый трубопровод 52 с шестым цилиндром 6, третий цилиндровый трубопровод 53 с пятым цилиндром 5, четвертый цилиндровый трубопровод 54 с вторым цилиндром 2, пятый цилиндровый трубопровод 55 с третьим цилиндром 3 и шестой цилиндровый трубопровод 56 с четвертым цилиндром 4, при предусмотренном порядке работы 1-5-3-6-2-4 цилиндров 1-6 лишь камеры сгорания, соответственно цилиндры, которые работают не в прямом порядке, соединены попарно друг с другом и соединены общими трубопроводами 48, 49, 50 и центральным трубопроводом 35' с топливоиспарительной системой 16.

Таким образом, для цилиндров 1-6, последовательно всасывающих в порядке 1-5-3-6-2-4, паропроводы до смесительной камеры 25 имеют различную длину, что позволяет равномерно распределять топливовоздушную смесь по отдельным камерам 13 сгорания без взаимного влияния цилиндров 1-6.

Формула изобретения

1. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, имеющий впускное устройство, от которого к камерам сгорания, соответственно к цилиндрам двигателя ответвляются отдельные впускные патрубки, по меньшей мере с одним впускным клапаном на камеру сгорания и с предусмотренной перед впускным клапаном клапанной форсункой, которая впрыскивает топливо во впускной патрубок, а также с топливоиспарительной системой, приготавливающей топливовоздушную смесь при определенных режимах работы двигателя, в частности в нижнем диапазоне нагрузок, отличающийся тем, что топливоиспарительная система (26) соединена трубопроводами (38, 39 и 41-44; 48, 49, 50 и 51-56) с впускными патрубками (15) двигателя (10) внутреннего сгорания, и трубопроводы (38, 39 и 41-44; 48, 49, 50 и 51-56) разветвляются после топливоиспарительной системы (26) таким образом, что лишь камеры (13) сгорания, соответственно цилиндры (1-4, соответственно 1-6), которые последовательно работают не в прямом порядке (1-3-4-2, соответственно 1-5-3-6-2-4), попарно соединены цилиндровыми трубопроводами (41-44, соответственно 51-56) друг с другом и с топливоиспарительной системой (26).

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что лишь камеры (13) сгорания, соответственно цилиндры (1,2,3,4) с наибольшим между ними временным интервалом включения в работу попарно соединены цилиндровыми трубопроводами друг с другом.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в двигателе (10) внутреннего сгорания с четырьмя цилиндрами (1, 2, 3, 4) от центрального трубопровода (35), выходящего из топливоиспарительной системы (26), ответвляются два промежуточных трубопровода (38, 39), каждый из которых далее разветвляется на два цилиндровых трубопровода (41, 42; 43, 44), которые оканчиваются во впускных патрубках (15) цилиндров (1, 4; 2, 3), работающих не в прямом порядке (1-3-4-2).

4. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в двигателе (10') внутреннего сгорания с шестью цилиндрами (1, 2, 3, 4, 5, 6) от центрального трубопровода (35'), выходящего из топливоиспарительной системы (26), ответвляются три промежуточных трубопровода (48, 49, 50), каждый из которых далее разветвляется на два цилиндровых трубопровода (51, 52; 53, 54; 55, 56), которые оканчиваются во впускных патрубках (15) цилиндров (1, 6; 5, 2; 3, 4), работающих не в прямом порядке (1-5-3-6-2-4).

5. Двигатель внутреннего сгорания по п.3 или 4, отличающийся тем, что цилиндровые трубопроводы (41-44; 51-56) оканчиваются во впускных патрубках (15) вблизи впускных клапанов (14).

6. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что места разветвлений трех трубопроводов (38, 41, 42; 39, 43, 44; 48, 51, 52; 49, 53, 54; 50, 55, 56) имеют Y-образную форму.

7. Двигатель внутреннего сгорания по п.5 или 6, отличающийся тем, что трубопроводы (41, 42; 43, 44; 51, 52; 53, 54; 55, 56) в местах разветвлений трех трубопроводов (38, 41, 42; 39, 43, 44; 48, 51, 52; 49, 53, 54; 50, 55, 55) образуют между собой максимально возможный острый угол.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3