Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение касается двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с несколькими группами цилиндров и воздухоподводящим устройством. ДВС (1) содержит, по меньшей мере, две группы цилиндров (2, 2а) и одно воздухоподводящее устройством (3). Воздухоподводящее устройство (3) содержит, по меньшей мере, один распределительный модуль (4) и несколько впускных труб (7). Воздух для горения поступает к воздухоподводящему устройству (3) через отверстие (5) для впуска воздуха. Отверстие (5) выполнено в распределительном модуле (4). Воздухоподводящее устройство (3) содержит несколько позиционированных одна над другой резонансных ступеней (6, 8). Каждая резонансная ступень (6, 8) имеет распределительную трубу и впускную трубу (18, 19). По меньшей мере, один участок распределительной трубы выполнен как резонансная труба (15, 16). Каждый начальный участок (20, 21, 25) резонансной трубы может относиться к соответствующей группе цилиндров. Отверстие (5) может позиционироваться за резонансными ступенями и распространяться на несколько резонансных труб (15, 16). Во впускной трубе (19) нижней резонансной ступени (6) может быть предусмотрен переключаемый резонансный клапан (10). Нижняя резонансная ступень (6) может быть связана с позиционированной над ней верхней (8) посредством проточного отверстия (11). Нижняя резонансная ступень (6) снабжена резонансной трубой более длинной и с большим поперечным сечением, чем позиционированная над ней резонансная ступень (8). Технический результат заключается в обеспечении оптимального забора воздуха и компактности конструкции. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение касается двигателя внутреннего сгорания с несколькими группами цилиндров и воздухоподводящим устройством согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
При эксплуатации ДВС обычно используются воздухоподводящие системы, которые создают волновой или резонансный наддув или комбинацию этих обоих наддувов. В публикации DE 10321323 В3 описана система впуска для ДВС с двумя рядами цилиндров, к каждому из которых присоединен резонансный ресивер с отдельными трубопроводами, ведущими к цилиндрам. При этом резонансные ресиверы связаны друг с другом посредством поперечных каналов, снабженных переключающими клапанами. Трубопровод для подачи воздуха, который связан с одним из поперечных каналов, имеет две отдельные трубы, которые выходят в общий участок отдельных труб, в котором предусмотрена дроссельная заслонка. Такая система впуска очень дорогостоящая, требует внутри ДВС большое пространство и имеет большой вес.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создать воздухоподводящее устройство для ДВС, с которым может достигаться оптимальный забор воздуха и которое имеет компактную конструкцию. Она решается согласно изобретению с помощью устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Согласно изобретению ДВС отличается тем, что воздухоподводящее устройство образовано из нескольких позиционированных друг над другом резонансных ступеней, причем каждая резонансная ступень содержит распределительную трубу и впускную трубу и причем по меньшей мере один участок распределительной трубы выполнен как резонансная труба. Согласно изобретению многоуровневое расположение резонансных ступеней внутри воздухоподводящего устройства предлагает компактную конструкцию, с которой может достигаться оптимальный забор воздуха при всех режимах ДВС.
В одном варианте выполнения изобретения резонансная труба ограничена двумя начальными участками промежуточной стенки или впускной трубы, причем каждый начальный участок соответственно присоединен к одной группе цилиндров. Таким образом, создается оптимальное воздухоподводящее устройство, которое подходит, в частности, для ДВС с несколькими, в частности, двумя рядами цилиндров или соответственно группами цилиндров.
В следующем варианте выполнения изобретения отверстие для впуска воздуха позиционировано за резонансными ступенями, причем оно предпочтительно распространяется на несколько резонансных труб и расположено, в частности, посередине в резонансной ступени. За счет расположения согласно изобретению отверстия для впуска воздуха за резонансными ступенями и соответственно за модулем распределителя возможна гибкая конструкция воздухоподводящего устройства, так что его можно легко и целесообразно размещать, в частности, в двигательном отсеке V-образного двигателя или в ДВС с оппозитным расположением цилиндров.
В следующем варианте выполнения изобретения во впускной трубе нижней резонансной ступени предусмотрен переключаемый резонансный клапан. За счет расположения резонансного клапана в одной нижней резонансной ступени целенаправленно при определенных режимах ДВС можно произвести целесообразную подачу необходимого для сгорания воздуха к соответствующей камере сгорания ДВС.
Согласно следующему варианту выполнения изобретения нижняя резонансная ступень связана с позиционированной над ней резонансной ступенью посредством проточного отверстия, которое расположено в общем участке стенки в соответствующей распределительной или, соответственно, резонансной трубе. Благодаря расположению проточного отверстия согласно изобретению можно оптимально распределить необходимый для сгорания воздух на все резонансные ступени. Предпочтительно нижняя резонансная ступень снабжена более длинной резонансной трубой, чем позиционированная над ней резонансная ступень.
В следующем варианте выполнения изобретения нижняя резонансная ступень имеет резонансную трубу с большим поперечным сечением, чем участок резонансной трубы позиционированной над ней резонансной ступени. Предпочтительно воздухоподводящее устройство образовано из двух или трех резонансных ступеней. Таким образом, за счет конструкции согласно изобретению возможен варьируемый режим для всех режимов ДВС.
В следующем варианте выполнения изобретения в диапазоне нижних частот вращения переключаемый резонансный клапан открыт, так что все резонансные ступени обтекаются впускаемым воздухом. Следовательно, возможны высокие крутящие моменты в диапазоне нижних частот вращения.
Согласно следующему варианту выполнения изобретения в диапазоне средних частот вращения переключаемый резонансный клапан закрыт, так что самая верхняя резонансная ступень обтекается впускаемым воздухом. Вследствие этого впускаемым воздухом обтекается только самая верхняя ступень, так что имеют место большие протяженности впускного тракта, которые в верхней резонансной ступени ведут к резонансным колебаниям и вызывают, таким образом, оптимальный приток воздуха.
В следующем варианте выполнения изобретения в диапазоне высоких частот вращения переключаемый резонансный клапан открыт, так что все резонансные ступени обтекаются впускаемым воздухом. Таким образом, в нижней резонансной ступени возникают резонансные колебания, которые вызывают повышение наполнения цилиндра, в частности, в точках высоких нагрузок ДВС.
Разумеется, вышеупомянутые и поясняемые ниже признаки применимы не только в указанной комбинации, но и в других комбинациях или по отдельности не выходя за рамки данного изобретения.
Следующие признаки и комбинации признаков явствуют из описания. Конкретные примеры выполнения изобретения представлены упрощенно на чертежах и в следующем описании поясняются подробнее.
При этом показано:
фиг.1 - перспективный вид двигателя внутреннего сгорания с расположенными в два ряда цилиндрами,
фиг.2 - перспективный вид воздухоподводящего устройства двигателя внутреннего сгорания согласно фиг.1,
фиг.3 - поперечное сечение воздухоподводящего устройства по фиг.2 согласно первому варианту выполнения,
фиг.4 - перспективный вид поперечного сечения воздухоподводящего устройства на фиг.2 согласно первому варианту выполнения, и
фиг.5 - поперечное сечение воздухоподводящего устройства по фиг.2 согласно второму варианту выполнения.
На фиг.1 представлен ДВС 1 с оппозитным расположением цилиндров, который имеет два ряда цилиндров с головкой 2а цилиндров, соответственно 2b, причем в каждом цилиндре предусмотрена не представленная здесь камера сгорания. К ДВС 1 необходимый для горения воздух может подводиться через отверстие 5 для впуска воздуха и затем через воздухоподводящее устройство 3. Воздухоподводящее устройство 3 имеет несколько впускных труб 7 и распределительный модуль 4, в котором предусмотрено отверстие 5 для впуска воздуха. Согласно фиг.3 воздухоподводящее устройство состоит из двух расположенных одна над другой резонансных ступеней 6 и 8. Каждая резонансная ступень 6, соответственно, 8, проходит через воздухоподводящее устройство 3 и связана с соответствующим цилиндром через впускную трубу 7. Согласно данному изобретению каждая резонансная ступень 6, соответственно, 8, имеет распределительную трубу и впускную трубу, причем, по меньшей мере, один участок распределительной трубы выполнен как резонансная труба. Резонансная труба при этом ограничена двумя начальными участками промежуточной стенки. Эта промежуточная стенка 23 служит перегородкой между впускными трубами 7, причем, если смотреть от распределительного модуля 4, она начинается в различных местах в зависимости от резонансной ступени. Согласно фиг.3 и 4 начальный участок 21 нижней резонансной ступени 6, если смотреть от распределительного модуля 4, позиционируется более удаленным, чем начальный участок 20, соответственно 25, верхней резонансной ступени 8. Следовательно, нижняя резонансная ступень имеет более длинную резонансную трубу, чем позиционированная выше резонансная ступень 8. Помимо этого резонансная труба нижней резонансной ступени 6 имеет большее поперечное сечение, чем резонансная труба верхней резонансной ступени 8.
Для повышения резонансных колебаний в резонансных ступенях 6, 8 и 9 согласно данному изобретению на общем участке 22 стенки между соответствующими резонансными трубами предусмотрено проточное отверстие 11, которое способствует лучшему притоку необходимого для горения воздуха в соответствующую резонансную ступень. Далее, впускные трубы 17, 18 и 19 ведут к общему коллектору 24, который связан с соответствующей камерой сгорания через впускное отверстие 12 головки цилиндров.
Данное изобретение объясняется в последующем в отношении воздухоподводящего устройства 3 для шестицилиндрового двигателя с двумя рядами цилиндров. Данное изобретение пригодно, в частности, для двигателей с оппозитным расположением цилиндров, причем использование в двигателе с V-образным расположением цилиндров или рядном двигателе с двумя группами цилиндров тоже дает очень большие преимущества. При этом воздухоподводящее устройство согласно изобретению функционирует следующим образом. В диапазоне нижних частот вращения, предпочтительно между 1500 и 3500 об/мин, переключающие клапаны 10 открыты в нижней резонансной ступени 6, так что как верхняя, так и нижняя резонансная ступени обтекаются впускаемым воздухом. Геометрические параметры воздухоподводящего устройства 3 заданы таким образом, что при таком режиме никакие явления резонанса не возникают ни в верхней, ни в нижней резонансной ступени. Таким образом, осуществляется максимальное дросселирование, так что может достигаться оптимальная подача воздуха к соответствующим цилиндрам.
В диапазоне средних частот вращения ДВС 1, предпочтительно между 3000 и 6000 об/мин, переключающие клапаны 10 закрыты в нижней резонансной ступени. Таким образом, только верхняя резонансная ступень обтекается впускаемым воздухом. Вследствие этого впускаемый воздух должен проходить более длинный путь от впуска в камеру сгорания, так что в пределах верхней резонансной ступени возникают резонансные колебания. Таким образом, достигается оптимальная подача воздуха для соответствующего цилиндра.
В диапазоне высоких частот вращения, предпочтительно между 6000 и 8000 об/мин, переключающие клапаны 10 открываются, так что верхняя резонансная ступень и нижняя резонансная ступень обтекаются впускаемым воздухом. При таком режиме воздухоподводящее устройство задано в размерах таким образом, что как в верхней резонансной ступени, так и в нижней резонансной ступени появляются резонансные колебания, причем резонансные колебания в нижней резонансной ступени являются ярко выраженными. Таким образом, оптимизируется наполнение цилиндров при любом режиме, и достигается высокая мощность при уменьшенном потреблении.
Во втором примере выполнения согласно фиг.5 воздухоподводящее устройство 3 имеет три резонансные ступени 5, причем нижняя резонансная ступень снабжена резонансными клапанами 10 и 13. Переключение резонансных клапанов 10 и 13 происходит как при первом примере выполнения, причем здесь за счет дополнительной резонансной ступени достигается дальнейшее повышение резонансных колебаний внутри воздухоподводящего устройства.
Соответствующее изобретению воздухоподводящее устройство 3 обеспечивает улучшение аэрогидродинамических и газодинамических свойств впускаемого воздуха для процесса горения при всех режимах ДВС, причем при предложенном рядном расположении резонансных ступеней реализуется компактная конструкция. Система двойного резонанса или соответственно система тройного резонанса согласно предложенной многослойной конструкции ведет к увеличенному наполнению цилиндров ДВС при всех режимах и уменьшает таким образом расход топлива.
1. Двигатель внутреннего сгорания (1), по меньшей мере, с двумя группами цилиндров (2, 2а) и одним воздухоподводящим устройством (3), причем воздухоподводящее устройство (3) содержит, по меньшей мере, один распределительный модуль (4) и несколько впускных труб (7), причем необходимый для горения воздух поступает к воздухоподводящему устройству (3) через отверстие (5) для впуска воздуха, выполненное в распределительном модуле (4), отличающийся тем, что воздухоподводящее устройство (3) содержит несколько позиционированных одна над другой резонансных ступеней (6, 8), причем каждая резонансная ступень (6, 8) имеет распределительную трубу и впускную трубу (18, 19), и причем, по меньшей мере, один участок распределительной трубы (15, 16) выполнен как резонансная труба.
2. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.1, отличающийся тем, что резонансная труба двух начальных участков (20, 21, 25) ограничена промежуточной стенкой (23), причем каждый начальный участок (20, 21, 25) относится к соответствующей группе цилиндров.
3. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что отверстие (5) для впуска воздуха позиционировано за резонансными ступенями и распространяется на несколько резонансных труб.
4. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.1, отличающийся тем, что во впускной трубе (19) нижней резонансной ступени (6) предусмотрен переключаемый резонансный клапан (10).
5. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4, отличающийся тем, что нижняя резонансная ступень (6) связана с позиционированной над ней резонансной ступенью (8) посредством проточного отверстия (11), которое расположено в одном общем участке (22) стенки в соответствующей распределительной трубе (15, 16).
6. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4 или 5, отличающийся тем, что нижняя резонансная ступень (6) снабжена более длинной резонансной трубой, чем позиционированная над ней резонансная ступень (8).
7. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4 или 5, отличающийся тем, что нижняя резонансная ступень (6) имеет резонансную трубу с большим поперечным сечением (А), чем поперечное сечение (В) резонансной трубы позиционированной над ней резонансной ступени (8).
8. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что воздухоподводящее устройство (3) образовано из двух или трех резонансных ступеней (6, 8, 9).
9. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4 или 5, отличающийся тем, что в диапазоне нижних частот вращения переключаемый резонансный клапан (10) открыт, так что все резонансные ступени (6, 8, 9) обтекаются впускаемым воздухом.
10. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4 или 5, отличающийся тем, что в диапазоне средних частот вращения переключаемый резонансный клапан (10) закрыт, так что впускаемым воздухом обтекается самая верхняя резонансная ступень (8).
11. Двигатель внутреннего сгорания (1) по п.4 или 5, отличающийся тем, что в диапазоне высоких частот вращения переключаемый резонансный клапан (10) открыт, так что все резонансные ступени (6, 8, 9) обтекаются впускаемым воздухом.
