УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛИНЫ ВПУСКНОГО ТРУБОПРОВОДА ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к системам воздухообеспечения.
Известны двухступенчатые впускные трубопроводы, установленные на двигатели Volvo, Audi, ВАЗ и др. [1, 2].
-1
В этих трубопроводах в зоне высоких частот вращения коленчатого вала (свыше 4000 мин) заслонка, располагаемая в двухступенчатых впускных трубопроводах, открыта, и воздух движется по короткому каналу длиной 450-480 мм. При переходе на средние и низкие частоты вращения коленчатого вала движение воздуха осуществляется по длинному каналу длиной до 650 мм путем закрытия заслонки.
Однако, при такой конструкции впускных трубопроводов эффект резонансного наддува может быть использован только на двух режимах по частоте вращения коленчатого вала. Следовательно, при работе двигателя на других частотах вращения коленчатого вала эффективная мощность и крутящий момент двигателя, как и динамика автомобиля, будут снижаться, а удельный эффективный расход топлива будет увеличиваться. Кроме того, вследствие наличия заслонки во впускном трубопроводе его аэродинамическое сопротивление возрастает, что ведет к уменьшению коэффициента наполнения и снижению мощностных и экономических показателей двигателя.
Известен составной впускной коллектор [1], предназначенный для многоцилиндрового автомобильного двигателя, содержащий общий воздуховод и внутренние индивидуальные патрубки к впускным коллекторам каждого цилиндра. Такие впускные коллекторы применяются на многих современных бензиновых двигателях с впрыскиванием бензина.
Однако, трубопровод определенной длины обеспечивает резонансный наддув, при котором отраженная от ресивера волна повышенного давления подходит к впускному клапану в завершающей фазе впуска только в узком диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя. Следовательно, увеличение коэффициента наполнения и, как следствие, эффективной мощности и крутящего момента двигателя, снижение эффективного удельного расхода топлива, дымности и токсичности отработавших газов будет обеспечиваться также в узком диапазоне частоты вращения коленчатого вала.
Известна впускная система с бесступенчатой регулировкой длины впускных трубопроводов, применяемая на двигателях BMW седьмой серии [2]. Длина впускных трубопроводов изменяется на различных частотах вращения коленчатого вала в 2,9 раза от 231 до 673 мм и осуществляется поворотом цилиндрических золотников. При низких частотах вращения коленчатого вала воздух поступает по длинному каналу. При этом за счет инерции потока смеси предотвращается обратный выброс смеси во впускные трубопроводы при ее движении после НМТ. При переходе на высокие частоты вращения коленчатого вала золотники поворачиваются, и воздух подается в цилиндры по коротким каналам.
Данная впускная система имеет сложную конструкцию, требует применения деталей имеющих повышенную стоимость, что ведет к увеличению стоимости впускной системы в целом, к повышению сложности ее обслуживания и ремонта.
Известно устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода [3], которое принято за прототип, содержащее воздушный ресивер, впускной трубопровод каждого цилиндра, выполненный составным и состоящий из внутреннего и внешнего трубопроводов, причем внутренний трубопровод выполнен за одно целое с воздушным ресивером, на который нанесен слой антифрикционного графитизированого материала Нигрона-B, причем на внутреннем и внешнем трубопроводах закреплен с помощью хомутов гофрированный трубопровод, соединенный с рычагом, закрепленным на валу понижающего редуктора, приводимого во вращение электродвигателем постоянного тока, получающего сигналы (команды) от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов.
Данное устройство обеспечивает изменение длины впускного трубопровода всего лишь в 2 раза, что исключает использование дозарядки цилиндра свежим зарядом воздуха во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала. Кроме того, на внешнем и внутреннем трубопроводах закреплен гофрированный трубопровод, снижающий эстетичный вид устройства и требующий значительных усилий для уменьшения или увеличения длины впускного трубопровода. Последнее, обязательно приводит к увеличению нагрузки на источники электрического тока.
Технический результат направлен на увеличение коэффициента наполнения и, как следствие, на повышение мощностных и экономических показателей двигателя, на снижение дымности и токсичности отработавших газов.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее воздушный ресивер, реверсивный электродвигатель постоянного тока, понижающий редуктор, получающий сигналы от электронной системы управления, содержащей электронный блок управления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, колодку диагностирования, диагностическое табло, соединенные между собой с помощью электрических проводов, при этом в устройство дополнительно введен впускной трубопровод, выполненный составным, состоящий из отдельных полипропиленовых патрубков разных диаметров, причем на концах патрубков размещены сальники, упоры и фиксаторы, на внутренней и внешней поверхности патрубков нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-B, воздушный ресивер размещен на подшипнике качения, закрепленном на опоре, крепящейся с помощью кронштейнов и болтов к блоку цилиндров двигателя.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода двигателя дополнительно введен впускной трубопровод, выполненный составным, состоящий из отдельных полипропиленовых патрубков разных диаметров, причем на концах патрубков размещены сальники, упоры и фиксаторы, на внутренней и внешней поверхности патрубков нанесен слой антифрикционного графитизированного материала Нигрона-B, воздушный ресивер размещен на подшипнике качения, закрепленном на опоре, крепящейся с помощью кронштейнов и болтов к блоку цилиндров двигателя.
На фигурах 1 и 2 изображено устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода двигателя. При построении впускного трубопровода использован способ построения спиральных кривых-завитков [4].
Впускной трубопровод выполнен составным способом и состоит из отдельных патрубков 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 разных диаметров. Патрубки 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 изготовлены из полипропилена, обладающего высокой прочностью, эластичностью, хорошей обрабатываемостью и низкой шероховатостью внутренней и внешней поверхностей. Патрубок 1 выполнен за одно целое с воздушным ресивером 8. Патрубок 7 крепится с помощью фланца 9 и болтов 10, 11 к головке 12 блока цилиндров 13 двигателя.
Внутренние и внешние диаметры патрубков 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 постепенно уменьшаются по мере удаления от воздушного ресивера 8 к головке 12 блока цилиндров 13 двигателя, что позволяет не только регулировать длину впускного трубопровода за счет скольжения патрубков 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 относительно друг друга, но и обеспечить увеличение скорости воздушного заряда при его истечении во впускной канал 14 головки 12 блока цилиндров 13. Это объясняется уменьшением площади поперечного сечения патрубка 7 по сравнению с площадью поперечного сечения патрубка 1. На наружные и внутренние поверхности патрубков 2, 3, 4, 5 и 6 нанесен слой 15 антифрикционного графитизированного материала Нигрона-В с целью уменьшения коэффициента трения скольжения.
Все патрубки уплотняются с помощью сальников 16 и 17 (другие сальники на чертеже не показаны), размещенных на концах, обращенных в сторону двигателя упоров 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24. Сальники предназначены как для исключения попадания пыли и грязи в зазоры между патрубками, так и для предотвращения утечки воздушного заряда из впускного трубопровода. Упоры 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24 ограничивают перемещения патрубков 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 при установленной минимальной длине впускного трубопровода.
С целью уменьшения аэродинамического сопротивления движению воздушного заряда на передних концах патрубков малых диаметров выполнены плавные переходы 25 и 26 (другие переходы на чертеже не показаны). Для исключения самопроизвольного разъединения патрубков (при установленной максимальной длине впускного трубопровода) в них установлены фиксаторы, состоящие из поршня 27 и пружины 28, размещенных во внешнем патрубке 6. При этом поршень 27 под действием пружины 28 находится в конической проточке 29, выполненной во внутреннем патрубке 7. Воздушный ресивер 8 выполнен вращающимся и установлен на подшипнике качения 30, размещенном в цилиндрической опоре 31. Цилиндрическая опора 31 крепится к блоку цилиндров 13 двигателя с помощью кронштейнов 32 и 33, пластины 34 и болтов 35 и 36. Вращение воздушного ресивера осуществляется с помощью реверсивного электродвигателя постоянного тока 37 и понижающего редуктора 38, закрепленных на горизонтальной опоре 39. Горизонтальная опора 39 болтами 40 и 41 крепится к цилиндрической опоре 31.
Автоматическое регулирование длины впускного трубопровода двигателя осуществляется электронной системой управления, которая включает электронный блок управления 42, датчик частоты вращения коленчатого вала 43, колодку диагностирования 44, диагностическое табло 45 и электрические провода 46, 47, 48 и 49.
Реверсивный электродвигатель постоянного тока 37 получает сигналы от электронного блока 42 управления, который, в свою очередь, вырабатывает сигналы на основании информации получаемой от датчика частоты вращения коленчатого вала 43 двигателя и, кроме того, электронный блок управления 42 имеет выход на колодку диагностирования 44. Электронный блок управления 42 осуществляет функции диагностирования системы управления, определяет возникающие отказы и сигнализирует о них водителю в режиме диагностирования системы управления на диагностическом табло 45.
Устройство работает следующим образом.
При работе двигателя на режиме минимальной частоты вращения коленчатого вала электрический сигнал от датчика частоты вращения коленчатого вала 43 по электрическому проводу 46 будет поступать на электрический блок управления 42, который по электрическому проводу 48 подает электрический ток на реверсивный электродвигатель постоянного тока 37. При этом вал электродвигателя 37 будет вращаться по часовой стрелке. Вращение от вала электродвигателя 37 передается на валы и шестерни понижающего редуктора 38, обеспечивающего вращение воздушного ресивера 8 также по часовой стрелке. При этом длина впускного трубопровода будет установлена максимальной (фиг.1).
При переходе двигателя на повышенную частоту вращения коленчатого вала, электрический сигнал от датчика частоты вращения коленчатого вала по электрическому проводу 46 будет поступать на электронный блок управления 42, который подает электрический ток на электродвигатель постоянного тока 37, который обеспечивает вращение воздушного ресивера 8 против часовой стрелки. В этом случае длина впускного трубопровода уменьшится по сравнению с длиной впускного трубопровода при работе двигателя на минимальной частоте вращения коленчатого вала. При этом патрубок 6 будет скользить своей внутренней поверхностью по внешней поверхности патрубка 7. При перемещении патрубок 6 против часовой стрелки по отношению к патрубку 7, поршень 27 вместе с пружиной 28 будет перемещаться по конической проточке 29, выполненной на внутренней поверхности патрубка 7. Аналогичное перемещение поршней и пружин фиксаторов будет происходить в патрубках 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6.
При работе двигателя на максимальной частоте вращения коленчатого вала длина впускного трубопровода будет установлена минимальной (фиг.2).
Перед остановкой двигатель должен поработать на режиме минимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу. В этом случае длина впускного трубопровода будет установлена максимальной.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает автоматическое регулирование длины впускного трубопровода на всех скоростных режимах работы двигателя.
Источники информации:
1. Бурячко В.Р., Гук А.В.. Автомобильные двигатели. М.: СПб.; 2005 г.
2. Дмитриевский А.В. Автомобильные бензиновые двигатели. М.: Астрель - ACT, 2005 г.
3. Патент РФ на полезную модель №83100 от 20.05.2009 г. Устройство для автоматического регулирования длины впускного трубопровода.
4. Годин Е.И. и Хаскин A.M. Справочное руководство черчению Москва «Машиностроение» 1974 г.