Способ гипервентиляции камеры сгорания
HYPERVENTILATION METHOD OF A COMBUSTION CHAMBER

Изобретение относится к моторостроению и может быть использовано в газораспределительном механизме двигателя внутреннего сгорания.
Известна система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания по патенту №2472950 с приоритетом от 20.04.2011 г., опубл. 27.10.2012 г., содержащая турбину, компрессор, газоподводящие каналы, впускной коллектор, перепускной клапан отработавших газов с пнемоэлементом, байпасный канал наддувочного воздуха, на котором установлен перепускной клапан надувочного воздуха, охладитель наддувочного воздуха и блок управления. К первому, второму, третьему, четвертому входам блока управления подключены соответственно датчики температуры и давления, установленные во впускном коллекторе, датчик положения органа топливоподачи и датчик частоты вращения коленчатого вала, установленные на двигателе. К выходам блока управления подключены соответственно перепускной клапан наддувочного воздуха и электромагнитный клапан, управляющий подводом надувочного воздуха в надмембранное пространство пневмоэлемента перепускного клапана отработавших газов.
Но данное устройство не позволяет избавиться от недостатков конструкции турбонаддува с использованием энергии выхлопных газов. Для создания давления наддувочного газа необходимо потратить энергию выхлопных газов, что означает потерю мощности на преодоление сопротивления турбины и соосного с ней компрессора. Кроме того, также не преодолена сложность конструкции, ее многодетальность и ограниченный ресурс, так как колеса турбины и компрессора соответсвенно, являются телами вращения и с соответсвующими эксплутационными требованиями, такими как создание условий для охлаждения турбины на холостом ходу, обеспечением подачи масла в зону масляного клина. Сложность, многодетальность, определенные условия эксплуатации только снижает надежность системы в целом. Кроме того, проблемой является эффект турбоямы, для преодоления которого приходится еще более усложнять конструкцию элементов турбонаддува.
Самым близким по своей технической сущности является устройство управления фазами газораспределения двигателя по патенту №2567478 с Конвенционным приоритетом 08.08.2011 JP 2011-172936; 23.02.2012 JP 2012-036887 опубликовано 10.11.2015 г., содержащее: механизм регулируемых фаз газораспределения, имеющий первый ротор, выполненный с возможностью вращаться синхронно с вращением коленчатого вала двигателя, и второй ротор, выполненный с возможностью вращаться вместе с распределительным валом двигателя и выполненный с возможностью вращения относительно первого ротора, причем механизм регулируемых фаз газораспределения выполнен с возможностью переменно регулировать фазы газораспределения впускного/выпускного клапана, открываемого и закрываемого посредством распределительного вала, посредством изменения относительных позиций вращения обоих из роторов в диапазоне перемещения между позицией максимального опережения по фазе и позицией максимального запаздывания по фазе; промежуточный стопорящий механизм, выполненный с возможностью ограничивать относительные позиции вращения обоих из роторов промежуточной застопоренной позицией, подходящей для запуска двигателя и расположенной посередине между позицией максимального опережения по фазе и позицией максимального запаздывания по фазе,
- причем механизм регулируемых фаз газораспределения и промежуточный стопорящий механизм приводятся в действие и управляются таким образом, чтобы устанавливать промежуточное застопоренное состояние, в котором относительные позиции вращения ограничены в промежуточной застопоренной позиции, когда определяется запрос на остановку двигателя, отличающееся тем, что оно содержит: средство определения промежуточного застопоренного состояния для определения того, установлено или нет промежуточное застопоренное состояние;
- средство остановки двигателя для выполнения процесса остановки двигателя, когда предварительно определенный период от определения запроса на остановку двигателя истек без определения промежуточного застопоренного состояния в пределах предварительно определенного периода; и средство продолжения отслеживания промежуточного застопоренного состояния для продолжения отслеживания промежуточного застопоренного состояния даже после того, как процесс остановки двигателя выполнен.
Но данное устройство не позволяет повысить надежность работы ДВС во всех режимах в силу своей многодетальности и сложности в управлении. Любое усложнение однозначно снижает надежность системы в целом. При внедрении в серийное производство потребуется изменение структуры сервисного обслуживания ДВС с данной системой.
Предлагаемый способ гипервентиляции камеры сгорания направлен на получение следующего технического результата: увеличение мощности двигателя и снижение расхода топлива при этом уменьшение вредных веществ в выхлопных газах.
Поставленная задача решается за счет того, что способ гипервентиляции камеры сгорания, заключается в том, что в выпускном тракте создают разряжение, используя энергию выхлопных газов, при этом газовые потоки разделяют на выпуске, таким образом, что один поток проходит через выпускной клапан увеличенного диаметра, а второй поток через выпускной клапан вентиляции камеры сгорания, далее потоки проходят по выпускному коллектору и коллектору вентиляции соответственно до узла эжекции, где эжекторным газом является выхлопные газы, а эжектируемым воздух из атмосферы, поступающий через впускной и вентиляционный клапана.
При этом,
- I-й цилиндр - рабочий ход, все клапана закрыты;
- II-цилиндр - выпуск, открыт клапан выпуска отработанных газов в выпускной коллектор, клапан вентиляции закрыт;
- III-й цилиндр - сжатие, все клапана закрыты;
- IV-й цилиндр - впуск, открыт впускной клапан и в момент перекрытия клапанов в высшей мертвой точке открыт клапан вентиляции, идет вентиляция камеры сгорания за счет разряжения в коллекторе вентиляции. Для создания разряжения в выпускном тракте используется энергия выхлопных газов за счет чего происходит более полное сгорание топлива и, следовательно происходит уменьшение вредных веществ в выхлопных газах. Для эффективной вентиляции камеры сгорания газовые потоки разделяют на выпуске, таким образом, что остается один выпускной клапан, но увеличенного диаметра, а второй выпускной клапан становится клапаном вентиляции камеры сгорания, что обеспечивает более эффективное сгорание топлива и повышается мощность двигателя. Пример работы показан на работе 4-го цилиндра. Поршень 4-го цилиндра находится в точке ВМТ (верхняя мертвая точка). В этот момент происходит перекрытие клапанов. Впускной клапан уже открыт, и еще открыт клапан вентиляции. Газовые потоки с выпускных клапанов и клапанов вентиляции разделены и проходят по выпускному коллектору и коллектору вентиляции соответственно до узла эжекции. Роль эжекторного газа играют выхлопные газы, роль эжектируемого - чистый воздух из атмосферы через впускной клапан, клапан вентиляции в момент перекрытия клапанов на 4-м цилиндре. В классическом варианте эжекции газа газом на одну единицу эжекторного газа приходится 3 единицы эжектируемого газа. В предлагаемом способе роль эжекторного газа играют горячие выхлопные газы, имеющие гораздо больший объем, чем эжектируемый газ, за счет чего узел эжекции работает как вакуумный насос. При протягивании газов через кольцевые зазоры клапанов между вентиляционным клапаном и седлом клапана разрежение работает гораздо эффективнее, чем нагнетание. Выпускной тракт ДВС состоит из двух коллекторов - выпускного коллектора и коллектора вентиляции. Они разделены на всем пути газовых потоков от клапанов до эжектора. Таким образом, разделив газовые потоки и направив их в узел эжекции, изменив работу клапанов выпускного тракта, заменив один клапан выпуска на клапан вентиляции, обеспечивается устойчивая и эффективная вентиляция камеры сгорания ДВС на всех режимах работы двигателя. Уменьшение вредных веществ в выхлопных газах происходит за счет более полного сгорания топлива, снижается расход топлива за счет более эффективного сгорания, повышается мощность двигателя. Таким образом, предлагаемый способ гипервентиляции камеры сгорания лишен всех недостатков прототипа и классического турбонаддува или турбонаддува с эжекцией выхлопных газов, как на прототипе фирмы Ниссан.
Суть технического решения поясняется чертежами где, на фигуре 1, 2 изображена схема двигателя внутреннего сгорания, в качестве примера взят 4-х цилиндровый ДВС, хотя техническое решение реализуемо на любом количестве цилиндров и любом типе ДВС. Фигура 1- цилиндр в цикле выпуска 1, цилиндр в цикле впуска 2, выпускной коллектор 4, коллектор вентиляции 5, узел эжекции 6, клапан вентиляции 8, клапан выпуска 9. На фигуре 2 изображены: цилиндр в цикле впуска 2, впускной коллектор 3, клапан впуска 7. На фигуре 3 изображена схема распределения потоков - впускной коллектор 3, выпускной коллектор 4, коллектор вентиляции 5, узел эжекции 6, клапан впуска 7, клапан вентиляции 8, клапан выпуска 9.
Способ гипервентиляции камеры сгорания осуществляется следующим образом. Работа системы показана на работе 4-го цилиндра, находящегося в цикле впуска. Поршень 4-го цилиндра находится в точке ВМТ, верхней точке. В этот момент происходит перекрытие клапанов, Уже открыт впускной клапан 7, (фигура 2, 3) и еще открыт клапан вентиляции 8, (фигура 1, 3). Газовые потоки с выпускных клапанов 9, (фигура 1,3) и клапанов вентиляции 8, (фигура 1, 3) разделены и проходят по выпускному коллектору 4, (фигура 1, 3) и коллектору вентиляции 5, соответственно до узла эжекции 6 (фигура 1, 3). Роль эжекторного газа играют выхлопные газы, роль эжектируемого - чистый воздух из атмосферы через впускной клапан 7, (фигура 2), клапан вентиляции 8 в момент перекрытия клапанов 7 и 8 на 4-м цилиндре в момент впуска. Роль эжекторного газа играют горячие выхлопные газы, имеющие гораздо больший объем, чем эжектируемый газ, за счет чего, узел эжекции 6 работает как вакуумный насос. При протягивании газов через кольцевые зазоры между вентиляционным клапанами и седлами клапанов разрежение работает гораздо эффективнее, чем нагнетание. Выпускной тракт ДВС в нашем случае состоит из двух коллекторов - выпускного коллектора 4 и коллектора вентиляции 5, (фигура 1, 3). Они разделены на всем пути газовых потоков от клапанов выпуска 9 и клапанов вентиляции 8 соответственно до эжектора 6. Работа клапанов происходит следующим образом:
- I-й цилиндр - рабочий ход, все клапана закрыты;
- II-цилиндр - выпуск 1, открыт клапан выпуска 9 отработанных газов в выпускной коллектор 4, клапан вентиляции 8 закрыт;
- III-й цилиндр - сжатие, все клапана закрыты;
- IV-й цилиндр - впуск, открыт впускной клапан 7 и в момент перекрытия клапанов в высшей мертвой точке открыт клапан вентиляции 8, идет вентиляция камеры сгорания за счет разряжения в коллекторе вентиляции 5.
Совокупность признаков нова и позволяет уменьшить выброс вредных веществ в выхлопных газах за счет более полного сгорания топлива, при этом снизить расход топлива за счет более эффективного сгорания топлива, и повысить мощность двигателя.