ВПУСКНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно двигателестроению, и может быть использована в двигателях внутреннего сгорания.
Известна впускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая камеру, впускные патрубки цилиндров, частично размещенные в камере (а.с. СССР №1209905, МПК F 02 В 27/00, опубл. 1986 г.).
В данной системе волны разряжения, генерируемые рабочим объемом цилиндров двигателя при открытии впускных органов, движутся по впускным патрубкам в направлении камеры, отражаясь от нее волнами давления, которые движутся в обратном направлении и на настроенном режиме осуществляют повышение давления перед впускными органами, когда они открыты. Таким образом, происходит газодинамический (резонансный) наддув. Однако энергия возникающих волн давления недостаточна для эффективного наддува.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, принятое за прототип - впускная система двигателя внутреннего сгорания по а.с. СССР №1359449, МПК F 02 B 27/00, опубл. 1987 г.
Данная впускная система содержит ресивер, впускные патрубки цилиндров, открытые концы которых размещены в ресивере. Как и в аналоге, наддув происходит за счет волны давления, которая создается при отражении волны разряжения, генерируемой рабочим объемом одного из цилиндров, от открытого конца впускного патрубка, размещенного в ресивере. Для повышения эффективности резонансного наддува в известной впускной системе используется трубопровод перепуска, с помощью которого повышается энергия волны давления, возникающей при отражении от впускного патрубка каждого цилиндра при помощи ее повторного отражения от впускного патрубка соседнего цилиндра. Данная впускная система может быть использована в двигателях, имеющих по меньшей мере одну пару впускных патрубков. Таким образом, существенным недостатком этой системы является сложность использования в многоцилиндровых двигателях и невозможность использования в двигателях с нечетным количеством цилиндров.
Заявляемая полезная модель обеспечивает достижение следующего технического результата: повышение мощности двигателя внутреннего сгорания при любом количестве цилиндров без увеличения расхода топлива за счет повышения давления наддува.
Для достижения указанного технического результата в впускной системе двигателя внутреннего сгорания, содержащей ресивер, впускные патрубки цилиндров, открытые концы которых размещены в ресивере, впускные патрубки выполнены с коническим участком, расширяющимся в направлении открытых концов и размещенным в ресивере, при этом конический участок каждого впускного патрубка выполнен с углом раскрытия в пределах 6°÷15° и имеет длину, равную 0,5÷0,7 диаметра ресивера.
Схема устройства представлена на фиг.1. На фиг.2 - изображены графики мощности и момента двигателя с заводской впускной системой. На фиг.3 - графики мощности и момента двигателя с заявляемой впускной системой. На фиг.4 - графики циклового наполнения для двигателя с заводской и заявляемой впускной системой. На фиг.5 - графики массового расхода воздуха для двигателя с заводской и заявляемой впускной системой.
Впускная система содержит ресивер 1, впускные патрубки 2, выполненные с коническим участком 3, расширяющимся в направлении открытых концов 4. Конические участки 3 впускных патрубков 2 сопряжены с цилиндрическими участками 5, соединенными с цилиндрами 6 двигателя. Конические участки 3 размещены в ресивере 1 и выполнены с углом раскрытия 6°÷15°. Длина конического участка 3 каждого патрубка 2 имеет длину, равную 0,5÷0,7 диаметра ресивера 1.
Осуществляется полезная модель следующим образом.
Волна разряжения, генерируемая рабочим объемом цилиндра 6 при открытии его впускного органа (на схеме не показан) движется по впускному патрубку 2 в направлении ресивера 1, отражаясь от открытого конца 4 волной давления.
Волна давления движется в обратном направлении и на настроенном режиме осуществляет повышение давления. Дополнительно давление повышается при прохождении волны давления по коническому участку вследствие его сужения, в результате чего в цилиндрическом участке 5 растет плотность воздуха, поступающего в цилиндр 6, предотвращается выброс смеси из цилиндра 6. В результате при том же расходе топлива повышается мощность двигателя.
Были проведены экспериментальные исследования на опытных образцах предлагаемой впускной системы. Результаты этих исследований показали, что заметный эффект (увеличение расхода воздуха и, как следствие, повышение мощности) появляется при угле раскрытия конического участка от 6° до 15°. При угле больше 15° уменьшается степень динамического наддува. Были проведены экспериментальные исследования с целью определения оптимальной длины конического участка. Результаты показали
эффективность работы впускной системы при длине конического участка 0,5÷0,7 диаметра ресивера.
Достижение технического результата, заключающегося в повышении мощности двигателя внутреннего сгорания без увеличения расхода топлива за счет повышения давления наддува, при использовании заявляемой полезной модели, было подтверждено в результате проведенных испытаний на двигателях ВАЗ 2112 и ЗМЗ 406. Испытания проводились на двигателях с заводской впускной системой и при замене ее на заявляемую впускную систему. Результаты испытаний после компьютерной обработки представлены в виде графиков.
На фиг.2 изображены графики мощности (кривая 1) и крутящего момента (кривая 2) двигателя с заводской впускной системой. На фиг.3 - график мощности (кривая 3) и момента (кривая 4) двигателя с заявляемой впускной системой.
Сравнение графиков показывает, что заявляемая впускная система позволяет повысить крутящий момент и мощность двигателя в широком диапазоне работы двигателя (практически до 7000 об/мин).
Так, максимальное значение мощности, зафиксированное во время одного из испытаний двигателя с заявляемой впускной системой, равно 87 кВт или 119 л.с. (кривая 3 на фиг.3), тогда как максимум мощности двигателя с заводской системой отмечен на уровне 95 л.с. (кривая 1 на фиг.2). В среднем повышение мощности составляет 20%. На некоторых режимах работы двигателя повышение мощности более 20%.
Сравнение графиков крутящего момента (кривая 2 на фиг.2 и кривая 4 на фиг.3) показывает возможность заявляемой впускной системы повысить крутящий момент двигателя.
В результате испытаний были также получены графики циклового наполнения двигателя с заводской впускной системой (кривая 5 на фиг.4) и с заявляемой (кривая 6 на фиг.4), а также графики массового расхода воздуха с заводской впускной системой (кривая 7 на фиг.5) и с заявляемой (кривая 8 на фиг.5).
Сравнение графиков показывает превышение указанных параметров двигателя с заявляемой впускной системой. Как известно, увеличение расхода воздуха и соответственно увеличение коэффициента наполнения цилиндров приводит к увеличению мощности двигателя (без увеличения расхода топлива).
Таким образом, заявляемая впускная система двигателя внутреннего сгорания позволяет существенно повысить мощность двигателя с любым количеством цилиндров
без увеличения расхода топлива за счет повышения давления наддува.
Указанный технический результат достигается во всем интервале значений угла раскрытия и длины конического участка впускных патрубков, что подтверждается результатами испытаний опытных образцов впускной системы с разными параметрами:
Угол раскрытия конуса
Длина конического участка (от диаметра ресивера d)
Повышение мощности двигателя
6°
0,5 d
20%
6°
0,7 d
23%
10°
0,6 d
21%
10°
0,7 d
24%
15°
0,5 d
21%
15°
0,7 d
20%
При значениях угла раскрытия и длины конического участка за пределами указанных в формуле полезной модели интервалах эффективность заявляемой впускной системы снижается.