Система впуска двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впуска двигателей с наддувом. Изобретение позволяет уменьшить газодинамическое сопротивление нагнетательного воздуховода при одновременном повышении надежности работы системы впуска и двигателя в целом. Система впуска двигателя внутреннего сгорания содержит агрегат наддува, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора, нагнетательный трубопровод ресивера, ресивер, соединенный трубопроводами с впускными каналами головки цилиндров. Нагнетательный трубопровод турбокомпрессора выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₁ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₁ и (0,1-0,3)D₁. Нагнетательный трубопровод ресивера выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₂ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₂ и (0,1-0,3)D₂. Нагнетательный трубопровод ресивера соединен с нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора охладителем наддувочного воздуха. Нагнетательные трубопроводы турбокомпрессора и ресивера выполнены в виде единого воздуховода, гофрированного в местах изгиба. Причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D и (0,1-0,3)D. Гофры выполнены с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру сопрягаемых прямых участков нагнетательного трубопровода. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (в дальнейшем - двигателям), в частности к системам впуска двигателей с наддувом.

Известна система впуска для двигателя с наддувом, содержащая турбокомпрессор, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора, промежуточный ресивер, нагнетательный резонансный трубопровод ресивера, нагнетательный резонансный ресивер, соединенный трубопроводами с впускными каналами головки цилиндров. Промежуточный ресивер с помощью дополнительного резонансного трубопровода соединен с дополнительным резонансным ресивером. Применение промежуточного и дополнительного резонансного ресиверов, с одной стороны, приводит к некоторому увеличению сопротивления за счет появления дополнительных местных сопротивлений при входе-выходе воздуха в ресиверы, но с другой стороны, существенно снижает величину резонансных амплитуд пульсаций давлений воздуха во всех элементах системы впуска и, как следствие, уменьшает общее газодинамическое сопротивление по сравнению с системой гладких нагнетательных трубопроводов (см. Европейский патент № 0278117, Int. Cl⁴: F 02 В 27/00, опубликованный 17.08.1988 г.).

Основным недостатком известного решения являются большие габариты системы впуска, сложность ее компоновки на двигателе и в моторном отсеке автомобиля.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система подачи воздуха в двигатель с наддувом, содержащая турбокомпрессор, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора, нагнетательный трубопровод ресивера, содержащий гибкий элемент в виде сильфона, ресивер, соединенный трубопроводами с впускными каналами головки цилиндров. Сильфон, расположенный на прямом участке нагнетательного трубопровода ресивера, играет роль дополнительного ресивера, в котором энергия пульсаций воздуха преобразуется в тепловую энергию упругих деформаций материала стенки (например, резины). Применение гибкого сильфона, с одной стороны, приводит к некоторому увеличению местного сопротивления, но с другой стороны, существенно снижает величину резонансных амплитуд пульсаций объемов воздуха во всех элементах системы впуска и, как следствие, уменьшает общее газодинамическое сопротивление по сравнению с системой гладких нагнетательных трубопроводов (см. Европейский патент № 1217187 A1, Int. Cl⁷: F 02 В 27/02, опубликованный 19.12.2000 г.).

Основными недостатками известного решения, принятого за прототип, являются нестабильность характеристик и ограниченный ресурс работы, определяемые скоростью процесса «старения» материала гибкого сильфона в условиях эксплуатации. Кроме того, сильфон, с изменяемой в радиальном направлении геометрией при его расположении на прямом участке нагнетательного трубопровода ресивера, приводит к увеличению габаритов системы впуска, усложняет ее компоновку на двигателе и в моторном отсеке автомобиля.

Сущность изобретения - применение в системе впуска двигателя нагнетательного гофрированного в местах изгиба воздуховода, выполненного, например, в виде единой детали.

Технический результат - уменьшение газодинамического сопротивления нагнетательного воздуховода при одновременном повышении надежности работы системы впуска и двигателя в целом.

Для достижения указанного технического результата в системе впуска двигателя внутреннего сгорания, содержащей агрегат наддува, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора, нагнетательный трубопровод ресивера, соединенные между собой, ресивер, соединенный трубопроводами с впускными каналами головки цилиндров, особенностью является то, что нагнетательный трубопровод турбокомпрессора выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₁ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₁ и (0,1-0,3)D₁, кроме того, нагнетательный трубопровод ресивера выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₂ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₂ и (0,1-0,3)D₂, при этом нагнетательный трубопровод ресивера соединен с нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора охладителем наддувочного воздуха, причем нагнетательные трубопроводы турбокомпрессора и ресивера выполнены в виде единого воздуховода, гофрированного в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D и (0,1-0,3)D, при этом гофры выполнены с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру сопрягаемых прямых участков нагнетательного трубопровода.

Известно, что для выполнения современного законодательства по эмиссиям автомобилестроительные фирмы применяют системы впуска с очень точной настройкой их газодинамической характеристики, обеспечивающей увеличение максимального крутящего момента по скоростной внешней характеристике двигателя при одновременном смещении его в сторону меньших частот вращения коленчатого вала при прочих равных условиях.

Выполнение системы впуска описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволяет решать эту задачу.

Для пояснения настоящего изобретения приведены следующие иллюстрации:

на фиг.1 изображен вид двигателя со стороны носка коленчатого вала с гофрированным в местах изгиба нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора;

на фиг.2 изображен вид двигателя со стороны носка коленчатого вала с гофрированным в местах изгиба нагнетательным трубопроводом ресивера;

на фиг.3 изображена схема двигателя с нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора, соединенного охладителем наддувочного воздуха с гофрированным в местах изгиба нагнетательным трубопроводом ресивера;

на фиг.4 изображен вид двигателя со стороны носка коленчатого вала с единым нагнетательным воздуховодом, гофрированным в местах изгиба;

на фиг.5 изображен осевой разрез гофрированного участка нагнетательного трубопровода.

Система впуска двигателя внутреннего сгорания 1 содержит турбокомпрессор 2, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора 3 с внутренним диаметром D₁, нагнетательный трубопровод ресивера 4 с внутренним диаметром D₂, соединенные между собой гибкими элементами 5 и 6, ресивер 7, соединенный трубопроводами 8 с впускными каналами головки цилиндров 9 (см. фиг.1 и фиг.2). Нагнетательный трубопровод ресивера 4 (см. фиг.2) в двух местах изгиба выполнен гофрированным с наружным диаметром гофр, равным (1,2-1,4)D₂, с шагом гофр по оси трубопровода, равным (0,1-0,3)D₂ и с внутренним диаметром гофр, равным внутреннему диаметру D₂ сопрягаемых прямых участков нагнетательного трубопровода ресивера 4 (см. фиг.5). Как вариант - нагнетательный трубопровод ресивера 4, соединенный с нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора 3 охладителем наддувочного воздуха 10, в местах изгиба выполнен гофрированным и имеет ту же зависимость наружного диаметра гофр и шага гофр от внутреннего диаметра трубопровода (см. фиг.3). Нагнетательные трубопроводы турбокомпрессора и ресивера могут быть выполнены в виде единого воздуховода 11, гофрированного в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D и (0,1-0,3)D (см. фиг.4).

Система впуска двигателя работает следующим образом.

Под воздействием давления, создаваемого турбокомпрессором 2, воздух по нагнетательным трубопроводам 3 и 4 (см. фиг.2) поступает в ресивер 7. При движении основного потока воздуха через гофрированный участок под действием сил вязкого трения внутри гофр возникают дополнительные вихревые потоки А (см. фиг.5), увеличивающие газодинамическое сопротивление нагнетательного трубопровода. Из ресивера 7 воздух по трубопроводам 8 через впускные каналы при открытых впускных клапанах головки цилиндров 9 поступает в цилиндры двигателя 1. При подъеме клапанов расход воздуха увеличивается от нуля до максимального значения и, далее, при опускании клапанов уменьшается до нуля. Под воздействием сил инерции воздушных масс в трубопроводах 8 возникают колебания давления, сдвинутые по времени и по фазе в соответствии с порядком работы впускных клапанов и количеством цилиндров в двигателе 1. Колебания давлений, накладываясь друг на друга в ресивере 7, образуют результирующую упругую волну (высокочастотные пульсации давления с относительно малой амплитудой по отношению к некоторому среднему давлению в рассматриваемом объеме). Эта волна распространяется со скоростью звука по нагнетательному трубопроводу ресивера 4 и, далее, по нагнетательному трубопроводу турбокомпрессора 3, создавая дополнительное сопротивление встречному воздушному потоку. На гофрированных участках нагнетательного трубопровода ресивера 4 часть энергии вырокочастотных пульсаций давления расходуется на динамическое возбуждение дополнительных вихревых потоков в гофрах, что не только компенсирует затраты энергии на образование дополнительных вихревых потоков, но и приводит к снижению суммарного газодинамического сопротивления основному потоку воздуха.

Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с известными системами впуска можно достигнуть того же технического результата за счет исключения газодинамических потерь на местные сопротивления при существенно меньших габаритах и массе при одновременном повышении надежности работы системы впуска, поскольку современные технологии позволяют изготавливать воздуховоды из высокопрочного тонколистового материала (например, стали) в виде деталей любой пространственной конфигурации.

1. Система впуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая агрегат наддува, нагнетательный трубопровод турбокомпрессора, нагнетательный трубопровод ресивера, ресивер, соединенный трубопроводами с впускными каналами головки цилиндров, отличающаяся тем, что нагнетательный трубопровод турбокомпрессора выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₁ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₁ и (0,1-0,3)D₁.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательный трубопровод ресивера выполнен гофрированным в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D₂ и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D₂ и (0,1-0,3)D₂.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что нагнетательный трубопровод ресивера соединен с нагнетательным трубопроводом турбокомпрессора охладителем наддувочного воздуха.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательные трубопроводы турбокомпрессора и ресивера выполнены в виде единого воздуховода, гофрированного в местах изгиба, причем наружный диаметр гофр и шаг гофр по оси трубопровода зависят от его внутреннего диаметра D и находятся в соотношении, соответственно равном (1,2-1,4)D и (0,1-0,3)D.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что гофры выполнены с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру сопрягаемых прямых участков нагнетательного трубопровода.