Устройство регулирования скорости воздушного потока во впускном канале головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, обеспечить надежность двигателей и наиболее качественно управлять процессом смесеобразования. Устройство регулирования содержит пластинчатую дроссельную заслонку, установленную на каждый цилиндр с возможностью линейного возвратно-поступательного движения поперек впускного канала, проходящего внутри дроссельного корпуса, размещенного между головкой блока цилиндров и впускным коллектором. Корпус выполнен разъемным и образован элементами в виде двух пластин, скрепленных между собой. В зоне стыка пластин выполнена полость, соответствующая по ширине заслонке. Последняя имеет возможность движения посредством тяги по длине полости вдоль сквозных окон, выполненных в обеих пластинах по два на каждый цилиндр соответственно впускным каналам, перекрывая одно из окон. При этом заслонка жестко закреплена на тяге, которая связана с приводным устройством. 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (в дальнейшем к двигателям), у которых в системах впуска предусмотрены устройства для завихрения заряда смеси в цилиндре путем регулирования скорости воздушного потока на такте впуска с помощью дросселирующих элементов, устанавливаемых на впуске в цилиндры двигателя. Этими механизмами достигается интенсификация перемешивания топлива и воздуха путем изменения сечений одного или нескольких впускных каналов двигателя.

Известны дроссельные устройства регулирования скорости воздушного потока во впускных каналах двигателей, преимущественно круглого сечения, в частности дроссельное устройство в виде поворотной заслонки (см. заявку ФРГ 4313454 А1, МПК⁵ F 02 D 9/10), размещенной непосредственно во впускном канале на валу, установленном в полусферических втулочных подшипниках, которые под действием пружин опираются на конические стенки корпуса. Установлено, что обычные пружины при нагреве очень горячим наддувочным воздухом, особенно в двигателях без охладителей наддувочного воздуха, преждевременно стареют и ломаются, в рассматриваемом дроссельном устройстве в подшипниковом узле усилие создается пружинными элементами из керамики, например из частично стабилизированного диоксида циркония, благодаря чему обеспечивается долговечность узла.

Недостатком известного решения является наличие достаточно объемного подшипникового узла, конструкция которого связана с необходимостью герметизации зазоров между вращающимися осями и корпусами от окружающей атмосферы, вызванной необходимостью защиты цидиндро-поршневой группы (в безнаддувных двигателях - от подсоса загрязненного воздуха, в наддувных двигателях - от потери давления наддувочного воздуха), что зачастую приводит к усложнению конструкции головки цилиндров в зоне впускных каналов, из-за выполнения надстроек для размещения уплотняющих устройств в виде резиновых манжет, пружин втулок, подшипников, выполнения приливов в зоне работы диска дроссельной заслонки с целью более плотного ее прилегания в закрытом положении; необходимостью механической обработки стенок впускных каналов для размещения дроссельного устройства. Все это приводит к снижению надежности и мощностных показателей двигателей, обусловленных конструктивными, технологическими и компоновочными требованиями.

Известно также дроссельное устройство двигателя (см. заявку Японии 4-52380, МПК⁵ F 02 D 9/08, заявл. 30.03.84, опубл. 21.08.92), которое содержит пластинчатую поступательно перемещающуюся в вертикальной плоскости дроссельную заслонку, регулирующую открытие-закрытие впускного канала, проходящего внутри дроссельного корпуса и ведущего в двигатель, а также установленные на подвижной части заслонки, катящиеся в направлении ее перемещения радиальные шарикоподшипники. В дроссельном корпусе выполнены направляющие канавки. Наружный диаметр каждого подшипника касается поверхности скольжения канавки в одной точке.

Описанное решение принято за прототип.

Известное решение обладает таким недостатком, как громоздкость, что затрудняет использование его в многоцилиндровых двигателях, имеющих общий впускной коллектор. Кроме того, рассматриваемые конструкции дроссельных корпусов увеличенных размеров с системой приводных рычагов, размещенных в дополнительных корпусах, достаточно сложны как в изготовлении, так и при компоновке впускных систем многоцилиндровых двигателей, т. к. увеличивают трудоемкость изготовления, габариты, приводят к усложнению конструкции, снижают надежность двигателей и ограничивают мощностные показатели.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и обеспечение надежности двигателей, оснащенных дроссельными устройствами управления воздушным потоком на такте впуска, путем упрощения конструкции впускного тракта, уменьшения громоздкости дроссельного устройства, повышения его компоновочных свойств, а также улучшение качественных показателей двигателей (мощностных, экологических, экономических) за счет повышения качества регулирования воздушного заряда на впуске на частичных режимах работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве регулирования скорости воздушного потока во впускном канале головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащем пластинчатую дроссельную заслонку, установленную с возможностью линейного возвратно-поступательного движения поперек впускного канала, ведущего в двигатель и проходящего внутри дроссельного корпуса, размещенного между головкой блока цилиндров и впускным коллектором, упомянутый корпус заслонки образован корпусными элементами в виде двух пластин, скрепленных между собой и примыкающих одна к другой по плоскости, в зоне стыка которых выполнена полость с плоскими стенками, соответствующая по ширине пластинчатой дроссельной заслонке, и в которой размещена на каждый цилиндр двигателя упомянутая заслонка с возможностью возвратно-поступательного движения посредством тяги по длине полости вдоль сквозных окон, выполненных в обеих пластинах по два на каждый цилиндр соответственно впускным каналам, от положения открытия до положения перекрытия одного из окон, при этом упомянутая заслонка жестко закреплена на тяге, размещенной в продольном пазу, который выполнен в корпусе заслонки параллельно плоскости стыка пластин, и связанной с приводным устройством; торцы заслонки, обращенные к впускным каналам, выполнены профилированными, повторяющими профиль впускных каналов в положении заслонки между ними при открытых впускных каналах; устройство снабжено дополнительной заслонкой, установленной в той же полости, что и основная заслонка, с возможностью присоединения к ней посредством установленных на основной заслонке приводных штырей, обращенных в сторону дополнительной заслонки и введенных в продольные прорези, выполненные в дополнительной заслонке параллельно линии, вдоль которой размещены впускные окна; торцы составной заслонки, обращенные к впускным каналам, выполнены профилированными, повторяющими профиль впускных каналов в положении заслонок между ними при открытых впускных каналах.

Известно, что в двигателях для совершенствования смесеобразования и тепловыделения используется вихревое движение заряда, создаваемое, например, по мере перекрытия впускного канала в цилиндре в период впуска посредством дроссельного устройства.

Известно также, что качество управления двигателем за счет интенсификации перемешивания топлива и воздуха путем изменения сечений одного из впускных каналов двигателя определяется возможностью гибкого управления величиной циркуляции воздуха при минимально возможном перемещении дроссельных элементов. При этом на качество управления влияет геометрическая характеристика устройства, определяемая отношением площади проходного сечения на входе во впускной канал к величине перемещения исполнительного органа.

Предлагаемое техническое решение позволяет более плавно осуществлять процесс регулирования, оттесняя ядро воздушного потока к стенке канала, уменьшая гидравлические потери, в заданных осевых размерах канала, в том числе путем улучшения геометрической характеристики устройства, и, таким образом, обеспечить эффективное сгорание топлива. Выполнение устройства регулирования скорости воздушного потока во впускном канале головки цилиндров двигателя описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволяет упростить конструкцию двигателя, так как упрощается конструкция впускного тракта, уменьшается громоздкость дроссельного корпуса и дроссельного устройства в целом, повышаются компоновочные качества, особенно для многоцилиндровых двигателей, имеющих общий впускной коллектор. Таким образом, повышается надежность двигателей с дроссельными устройствами управления скоростью воздушного потока на такте впуска, а также улучшаются качественные показатели двигателей (мощностные, экологические, экономические).

Для пояснения настоящего изобретения приведены следующие иллюстрации: на фиг. 1 изображена схема компоновки заявляемого устройства с приводом на четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания; на фиг. 2 - конструктивная схема заявляемого устройства (впускные каналы к цилиндру двигателя открыты); на фиг. 3 - конструктивная схема заявляемого устройства (один из впускных каналов к цилиндру частично перекрыт); на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - вариант выполнения заявляемого устройства с составной заслонкой (один из впускных каналов к цилиндру полностью перекрыт); на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5.

Устройство регулирования скорости воздушного потока 1 во впускном канале 2 головки цилиндров 3 двигателя внутреннего сгорания 4, в частности, схематично изображенного на фиг. 1 четырехцилиндрового двигателя содержит пластинчатую дроссельную заслонку 5. Она совершает линейное возвратно-поступательное движение поперек впускного канала 2, ведущего в двигатель 4 и проходящего внутри дроссельного корпуса 6, размещенного между головкой блока цилиндров 3 и впускным коллектором 7. Дроссельный корпус 6 выполнен разъемным и образован корпусными элементами в виде двух пластин 8 и 9, скрепленных между собой и примыкающих одна к другой по плоскости.

В зоне стыка пластин 8 и 9 выполнена полость 10 с плоскими стенками, соответствующая по ширине пластинчатой дроссельной заслонке 5. В ней размещена одна на каждый цилиндр двигателя заслонка 5. Последняя имеет возможность возвратно-поступательного движения посредством тяги 11 по длине полости 10 вдоль сквозных окон 12 от положения открытия до положения перекрытия (частичного) одного из окон 12, выполненных в обеих пластинах 8 и 9 по два на каждый цилиндр соответственно впускным каналам 2. При этом упомянутая заслонка 5 жестко закреплена на тяге посредством заклепок 13 (или винтов). Тяга 11 размещена в продольном пазу 14, который выполнен в дроссельном корпусе 6 параллельно плоскости стыка пластин 8 и 9. Тяга 11 связана с приводным устройством 15, которое, в свою очередь, связано с рейкой топливного насоса (на чертеже не показаны).

В случае компоновки устройства 1 на многоцилиндровом двигателе, когда расстояние А между впускными каналами 2 не позволяет разместить между ними заслонку 5 при полностью открытых каналах 2, не перекрывая их при этом частично, торцы 16 заслонки 5 выполняют профилированными до форме впускных каналов 2. А именно, торцы 16, обращенные к впускным каналам 2, спрофилированы идентично профилям соответствующих впускных каналов 2 в положении, когда заслонка 5 размещена между впускными канавами 2, и, таким образом, каналы полностью открыты.

Вариант выполнения устройства 1, представленный на фиг. 5, позволяет полностью перекрывать одно из впускных окон 12. При осуществлении этого варианта в полости 10 заслонки 5 (основной) установлена дополнительная заслонка 17, которая присоединяется приводными штырями 18 к основной заслонке 5 для их последующего совместного перемещения, образуя при этом составную заслонку. Штыри 18 размещены на основной заслонке 5 со стороны дополнительной заслонки 17 и введены в продольные прорези 19, выполненные в дополнительной заслонке 17 параллельно линии, вдоль которой размещены впускные окна 12, и при упоре в торцы прорезей 19 замыкают основную 5 и дополнительную 17 заслонки в единую составную заслонку. При этом требуется замена пластины 9 (фиг. 4) на пластину 20 (фиг. 6), отличающуюся от пластины 9 более глубокой полостью 10, размеры которой позволяют установить обе заслонки.

Торцы 21 составной заслонки, обращенные к впускным каналам 2, выполнены профилированными, повторяющими профиль впускных каналов 2 в положении обеих заслонок между ними при открытых впускных каналах 2. При этом заслонки размещены одна под (за) другой.

Для поддержания постоянного количества воздуха в двигателе установлен турбокомпрессор 22 (ТКР).

В собранном виде устройство представляет собой компактный корпус, состоящий из двух пластин с расположенной внутри пластинчатой дроссельной заслонкой, который зажат между плоскостями головки цилиндров и впускного коллектора.

Устройство регулирования скорости воздушного потока 1 на впуске двигателя внутреннего сгорания 4 работает следующим образом.

В дроссельном корпусе 6 пластинчатые заслонки 5 и 17 перемещают тягой 11 при помощи механизма 15 (например вправо), закрывая одно из впускных окон 12. Таким образом, уменьшается площадь поперечного сечения впускного канала 2 до необходимых для данного нагрузочного режима значений, задаваемых механизмом 15, связанным с рейкой топливного насоса. При заданном нагрузочном режиме уменьшением площади поперечного сечения впускного канала 2 головки цилиндров 3 и поддержанием с помощью турбокомпрессора 22 (фиг. 1) постоянного количества воздуха соответственно увеличивается его скорость, усиливается закрутка, интенсифицируется горение топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания 4 и тем самым улучшаются технико-экономические и экологические показатели на частичных режимах (например, по городскому ездовому циклу). Дальнейшее перемещение заслонки 5 до крайнего положения оставляет незакрытыми незначительные площади В (фиг. 3), образованные двумя пересекающимися дугами (при круглых каналах) или кривыми других форм (при других конфигурациях каналов) и наличие которых необходимо для частичного уравновешивания давления воздуха на заслонку 5 со стороны впуска.

При необходимости полного закрытия впускного канала 2 предусмотрена возможность использования составной заслонки. В этом случае дальнейшее перемещение заслонки 5 приводит в движение заслонку 17 посредством приводных штырей 18 при упоре их в торец продольной прорези 19. При этом образуется составная заслонка, которая, перемещаясь далее, обеспечивает полное закрытие впускного канала 2. При движении основной заслонки 5 в обратном направлении приводные штыри 18 первоначально двигаются по продольным прорезям 19 основной заслонки 5, а затем при упоре их в торец продольной прорези 19 перемещают дополнительную заслонку 17 в исходное положение.

Использование предлагаемого устройства регулирования скорости воздушного потока во впускном канале, например, высокооборотных автомобильных дизельных двигателей позволит упростить конструкцию и наиболее качественно управлять процессом смесеобразования.

Формула изобретения

1. Устройство регулирования скорости воздушного потока во впускном канале головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащее пластинчатую дроссельную заслонку, установленную с возможностью линейного возвратно-поступательного движения поперек впускного канала, ведущего в двигатель и проходящего внутри дроссельного корпуса, размещенного между головкой блока цилиндров и впускным коллектором, отличающееся тем, что дроссельный корпус выполнен разъемным и образован корпусными элементами в виде двух пластин, скрепленных между собой и примыкающих одна к другой по плоскости, в зоне стыка которых выполнена полость с плоскими стенками, соответствующая по ширине пластинчатой дроссельной заслонке, и в которой размещена на каждый цилиндр двигателя упомянутая заслонка с возможностью возвратно-поступательного движения посредством тяги по длине полости вдоль сквозных окон, выполненных в обеих пластинах по два на каждый цилиндр соответственно впускным каналам, от положения открытия до положения перекрытия одного из окон, при этом упомянутая заслонка жестко закреплена на тяге, размещенной в продольном пазу, который выполнен в корпусе заслонки параллельно плоскости стыка пластин, и связанной с приводным устройством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что торцы заслонки, обращенные к впускным каналам, выполнены профилированными, повторяющими профиль впускных каналов в положении заслонки между ними при открытых впускных каналах.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной заслонкой, установленной в той же полости, что и упомянутая основная заслонка, с возможностью присоединения к ней с образованием составной заслонки посредством установленных на основной заслонке приводных штырей, обращенных в сторону дополнительной заслонки и введенных в продольные прорези, выполненные в дополнительной заслонке параллельно линии, вдоль которой размещены впускные окна.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что торцы составной заслонки, обращенные к впускным каналам, выполнены профилированными, повторяющими профиль впускных каналов в положении заслонок между ними при открытых впускных каналах.

РИСУНКИ

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