Устройство принудительной подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства

Полезная модель относится к автомобилестроению, в частности к устройству принудительной подачи воздуха в штатную систему подачи воздуха атмосферного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и обеспечивает работу ДВС в режиме принудительного наддува.
Из уровня техники неизвестно аналогов полезной модели.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке устройства, позволяющего осуществлять подачу воздуха в штатную (заводскую) систему подачи воздуха атмосферного ДВС для обеспечения работы двигателя в режиме принудительного наддува при необходимости повышения мощности двигателя при сохранении возможности перехода двигателя в режим основного наддува.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции устройства, расширение функциональных возможностей устройства, повышение эксплуатационных характеристик двигателя за счет существенного повышения мощности двигателя при сохранении надежности его работы, простота в установке. Кроме того, устройство позволяет реализовать возможность его использования со штатной (заводской) системой забора воздуха, обеспечивающей (штатную) подачу воздуха в атмосферный двигатель любого транспортного средства, не внося существенных изменений в заводскую штатную систему забора воздуха.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство принудительной подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания (в частности, в штатную систему подачи воздуха атмосферного ДВС) транспортного средства (далее Устройство) содержит трубопровод устройства принудительной подачи воздуха, компрессор, интеркуллер, установленные на трубопроводе, при этом на конце трубопровода установлена синхронная заслонка, выполненная с возможностью подачи воздуха в ДВС из трубопровода устройства принудительной подачи воздуха или подачи воздуха в ДВС, прошедшего через воздушный короб.
Система забора воздуха атмосферного ДВС (Штатная, заводская система) любого транспортного средства включает: ДВС, впускной коллектор ДВС и связанный с впускным коллектором основной трубопровод, воздушный короб, также связанный с основным трубопроводом. Воздушный короб (воздухозаборник) установлен в подкапотном пространстве так, чтобы забирать воздух по ходу движения авто и находится ближе к радиаторной решетке. Такое место расположения позволяет эффективно забирать необходимое количество воздуха в процессе работы ДВС. Режим подачи воздуха Штатной системой реализуется по схеме подачи воздуха: «воздушный короб - основной трубопровод - впускной коллектор - ДВС».
После подачи воздуха системой забора воздуха в ДВС отработавшие газы выходят через выпускной коллектор.
Автоматическая синхронная заслонка Устройства может быть выполнена механической или электронной и позволяет регулировать подачу воздуха перекрытием соответствующих каналов.
Синхронная заслонка Устройства может устанавливаться непосредственно в воздушном коробе. Это позволяет повысить компактность устройства. Кроме того, синхронная заслонка также может быть установлена на основном трубопроводе.
При этом синхронная заслонка выполнена в виде тройника. При установке заслонки в штатном коробе один ее патрубок связан с трубопроводом, второй - предназначен для соединения с впускным коллектором, в том числе, через основной трубопровод Штатной системы, а третий остается свободным для забора воздуха из воздушного короба. При этом заслонка может перекрывать канал в трубопровод Устройства или канал в воздушный короб или канал в основной трубопровод штатной системы.
При установке заслонки на основном трубопроводе два ее патрубка связаны с основным трубопроводом для провода воздуха из воздушного короба, а третий - предназначен для соединения с трубопроводом Устройства. При этом заслонка может перекрывать канал в трубопровод Устройства или канал в основной трубопровод штатной системы.
В результате, синхронная заслонка установлена таким образом, что в зависимости от ее положения, осуществляется подача воздуха в штатную систему забора воздуха из трубопровода Устройства для обеспечения принудительного наддува или подвод воздуха из воздушного короба, осуществляемый штатной системой.
Устройство принудительной подачи воздуха соединяют с Системой подачи воздуха путем соединения одного свободного патрубка синхронной заслонки, расположенной на одном конце Устройства, с основным трубопроводом Штатной системы, входящим в воздушный короб непосредственно внутри воздушного короба, и врезки второго конца Устройства (конец трубопровода) в воздушный короб.
Также Устройство принудительной подачи воздуха может соединяться с Системой забора воздуха путем соединения двух свободных патрубков синхронной заслонки, расположенной на одном конце Устройства, с основным трубопроводом Штатной системы, и врезки второго конца Устройства (конец трубопровода) в воздушный короб.
Таким образом, Устройство устанавливается достаточно просто путем соединения его двух концов со штатной системой, при этом демонтаж устройства также прост. Кроме того, возможность установки Устройства на любую штатную систему забора воздуха атмосферного ДВС при этом, не внося в нее существенных изменений, позволяет считать Устройство универсальным.
Синхронная заслонка обеспечивает работу ДВС в режиме подачи воздуха Штатной системой или режиме принудительной подачи воздуха, осуществляемом Устройством.
После установки Устройства на Штатную систему воздух, подаваемый Штатной системой в ДВС, забирается из воздушного короба через синхронную заслонку и поступает в основной трубопровод, входной патрубок ДВС и далее - в ДВС. Таким образом, режим подачи воздуха в ДВС штатной системой после установки Устройства реализуется по схеме подачи воздуха: «воздушный короб - синхронная заслонка (канал, через открытую синхронную заслонку) - основной трубопровод - впускной коллектор - ДВС».
Устройство обеспечивает подачу воздуха в Систему забора воздуха атмосферного ДВС по схеме, обеспечивающей принудительный наддув ДВС (работу ДВС в режиме принудительного наддува) при сохранении возможности перехода работы двигателя на режим подачи воздуха Штатной системой.
Режим принудительного наддува двигателя обеспечивается работой Компрессора с целью увеличения мощности двигателя. При этом, переход на работу в режим принудительного наддува с режима подачи воздуха Штатной системой и наоборот обеспечивается возможностью подключения Устройства к штатной системе, в частности,
соединением одного или двух патрубков синхронной заслонки с основным трубопроводом (в зависимости от места расположения заслонки: одним при расположении в воздушном коробе или двумя - на основном трубопроводе), и соединения второго конца Устройства с воздушным коробом. Таким образом, при регулировании положения заслонки обеспечивается подвод воздуха к впускному коллектору, как от Устройства, так и Штатной системы.
Режим принудительного наддува реализуются с использованием полезной модели, обеспечивающей подачу воздуха в Систему забора воздуха атмосферного ДВС по следующей схеме подачи воздуха: «Воздушный короб - трубопровод - Компрессор - Интеркуллер - конец трубопровода - синхронная заслонка (канал, через открытую синхронную заслонку) - основной трубопровод - впускной коллектор ДВС». Таким образом, охлажденный воздух, поступивший по указанной схеме во впускной коллектор ДВС Штатной системы, далее поступает в ДВС.
Возможность осуществления подвода дополнительного количества воздуха Устройством в штатную систему (что обеспечивает работу устройства в режиме принудительного наддува) позволяет достичь существенного повышения мощности ДВС и, как следствие, повышения эксплуатационных характеристик двигателя.
При этом при работе Устройства в режиме принудительного наддува обеспечивается подача большего количества воздуха в Штатную систему, чем в режиме подачи воздуха Штатной системой.
Кроме того, подача воздуха Устройством в Штатную систему по схеме, обеспечивающей работу ДВС в режиме принудительного наддува, осуществляется при включении компрессора.
Несмотря на то, что при использовании Устройства на Штатной системе нет необходимости в сбросе избыточного давления, однако на трубопроводе Устройства, в частности на участке следования потока воздуха от интеркуллера к синхронной заслонке может быть установлен аварийный перепускной клапан для ограничения наддува (и таким образом, поддержания заданного давления воздуха в трубопроводе, оптимального для работы ДВС) с целью предотвращения повреждения двигателя в результате детонации, ввиду превышения давления в двигателе. При этом избыточное давление сбрасывается клапаном в трубопровод. Кроме того, избыточное давление также может сбрасываться клапаном в воздушный короб в результате их соединения трубопроводом. В результате, за счет использования в устройстве аварийного перепускного клапана при повышении мощности двигателя в процессе работы Устройства сохраняется надежность его работы. Кроме того, наличие в устройстве перепускного клапана позволяет подавать избыточное количество охлажденного воздуха к компрессору, что дополнительно вносит вклад, как в охлаждение компрессора, так и повышение мощности двигателя.
Интеркуллер, установленный на трубопроводе Устройства, может содержать вентилятор для принудительного охлаждения, а также систему орошения, наличие которых крайне важно при работе двигателя в жаркий сезон. Наличие вентилятора или системы орошения, способствует охлаждению и, как следствие, уплотнению воздуха, что положительно сказывается на работе двигателя, в результате чего достигается повышение его мощности.
Автоматическая синхронная заслонка, используемая в Устройстве, может обеспечивать перекрытие трубопровода Устройства и открытие канала из воздушного короба в основной трубопровод и наоборот. Автоматическая синхронная заслонка программно управляется ЭБУ
(электронный блок управления).
Автоматическая синхронная заслонка Устройства позволяет реализовать переход работы двигателя с одной схемы подачи воздуха на другую путем регулировки подачи воздуха по трубопроводу Устройства или подачи воздуха в ДВС из воздушного короба Штатной системой в зависимости от выбранной схемы. При этом, обеспечение работы Устройства только в одном из двух режимов принципиально, поскольку при использовании Устройства со Штатной системой атмосферного ДВС нет необходимости в подаче воздуха от штатной системы и одновременного осуществления наддува. Это обусловлено тем, что существенное повышение количества воздуха, подаваемое в атмосферный ДВС, может привести к повреждению двигателя в результате детонации, ввиду превышения давления в двигателе. В результате, использование Устройства обеспечивает надежность работы атмосферного ДВС.
Автоматическая синхронная заслонка Устройства связывает трубопровод Устройства и впускной коллектор ДВС через основной трубопровод, а именно: одним патрубком связана с трубопроводом, вторым связана с основным трубопроводом. При этом заслонка обеспечивает подачу воздуха по трубопроводу во впускной коллектор ДВС для перехода в режим принудительного наддува или подачу воздуха из воздушного короба во впускной коллектор ДВС для перехода в режим подачи воздуха Штатной системой.
Использование в Устройстве автоматической синхронной заслонки для регулирования направления поступления воздуха, позволяет осуществлять подачу воздуха в Штатную систему в режиме принудительного наддува при необходимости повышения мощности двигателя.
Возможность программного управления автоматической электронной синхронной заслонкой с помощью ЭБУ позволяет запрограммировать синхронную заслонку на включение компрессора при наборе определенного количества оборотов и открытие канала в трубопровод Устройства для перехода из режима подачи воздуха Штатной системой в режим принудительного наддува. В результате работы двигателя в режиме принудительного наддува достигается существенное повышение его мощности за счет подачи в двигатель большего количества воздуха для смешения с топливом. Синхронная заслонка также может управляться от штатных (заводских) электронных систем автомобиля (например, электронной педали акселератора и т.д.). То есть, при нажатии педали автомобиля происходит включение компрессора при синхронном включении синхронной заслонки и открытии канала в основной трубопровод.
Устройство не нарушает работы Штатной системы забора воздуха и позволяет осуществлять переключение на работу в режим подачи воздуха штатной системой в случаях, где нет необходимости работы в режиме принудительного наддува. Это позволяет продлить срок эксплуатации двигателя, за счет снижения нагрузки на двигатель.
Таким образом, устройство имеет простую конструкцию, характеризуется простотой установки и может применяться для установки на практически любую заводскую систему подачи воздуха турбированного ДВС, что обеспечивает универсальность устройства и, соответственно, расширение функциональных возможностей.
Система подачи воздуха атмосферного ДВС может быть связана с выхлопной системой. На выхлопной системе также может быть установлена автоматическая синхронная заслонка.
Автоматическая синхронная заслонка выхлопной системы связывает приемную трубу с дополнительным трубопроводом для осуществления прямого выхлопа (трубопровод прямого выхлопа).
Поскольку при работе двигателя в режиме принудительного наддува, для повышения его мощности осуществляется подача большего количества воздуха в двигатель, то требуется отвод большего объема горячих отработавших газов. При этом, как правило, отработавшие газы выбрасываются через выхлопную систему, на трубопроводе которой имеются участки с высоким гидравлическим сопротивлением (участки изгиба трубопровода), что снижает скорость выброса отработавших газов и может привести к перегреву участков выхлопной системы и, как следствие, других агрегатов и узлов автомобиля.
Для обеспечения надежной работы двигателя и автомобиля в целом за счет исключения возможности перегрева его рабочих агрегатов и узлов, на трубопроводе выхлопной системы, а именно, на участке приемной трубы до каталитического нейтрализатора отработавших газов или после него, но перед участком с высоким гидравлически сопротивлением (в месте изгиба трубопровода), устанавливают автоматическую синхронную заслонку. Указанную заслонку соединяют с дополнительным прямым коротким участком трубопровода для создания канала, обеспечивающего выброс отработавших газов по прямому выхлопу со снижением гидравлических потерь при перекрытии заслонкой участка с высоким гидравлически сопротивлением. Дополнительный прямой короткий участок трубопровода (прямой выхлоп) выполняется с диаметром, большим, чем диаметр трубопровода выхлопной системы. Таким образом, достигается повышение надежности работы автомобиля, за счет исключения перегрева основных узлов и агрегатов автомобиля при работе двигателя в режиме принудительного наддува.
В результате осуществления отвода отработавших газов по короткому прямому выхлопу большего диаметра достигается повышение скорости сброса отработавших газов и снижается риск перегрева выхлопной системы и других рабочих агрегатов и узлов, что крайне важно при работе ДВС в режиме принудительного наддува.
Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фигуре 1 изображено Устройство принудительной подачи воздуха в систему подачи воздуха атмосферного ДВС. На фигуре 2 изображена Система подачи воздуха атмосферного ДВС с установленным на ней Устройством принудительной подачи воздуха.
На фиг. позициями 1-16 обозначены:
1 - устройство принудительной подачи воздуха в систему подачи воздуха атмосферного ДВС (Устройство),
2 - ДВС,
3 - воздушный короб,
4 - воздушный фильтр,
5 - впускной коллектор двигателя,
6 - автоматическая синхронная заслонка,
7 - трубопровод,
8 - выпускной коллектор,
9 - выхлопная система,
10 - приемная труба выхлопной системы,
11 - компрессор,
12 - интеркуллер,
13 - участок прямого выхлопа выхлопной системы (прямой выхлоп),
14 - синхронная заслонка выхлопной системы,
15 - перепускной клапан,
16 - основной трубопровод.
Устройство 1 может осуществлять подачу воздуха в систему подачи воздуха атмосферного ДВС по схеме для работы в режиме принудительного наддува.
Пример 1.
При работе двигателя 2 по схеме подачи воздуха в ДВС в режиме подачи воздуха Штатной системой, когда нет необходимости в повышении мощности двигателя, автоматическая синхронная заслонка 6 Устройства 1 находится в положении перекрытия трубопровода 7. При этом синхронная заслонка открывает проход из воздушного короба в основной трубопровод 16.
При включении ДВС воздух поступает в воздушный короб 3, проходит через воздушный фильтр 4, синхронную заслонку 6. Далее воздух подается во впускной коллектор 5 двигателя 2 и далее на такте впуска - в цилиндры двигателя 2. При этом отработавшие газы отводятся через выпускной коллектор 8 двигателя 2 и далее проходят через выхлопную систему 9, по приемной трубе 10, содержащей изгибы и выбрасываются в атмосферу. В этом случае автоматическая синхронная заслонка 14 выхлопной системы 9 перекрывает участок прямого выхлопа 13.
Пример 2.
При необходимости повышения мощности двигателя в процессе работы двигателя 2 в режиме основного наддува при наборе двигателем оборотов включают компрессор 11 Устройства 1.
При включении компрессора 11 происходит автоматическое открытие синхронной заслонкой 6 канала в основной трубопровод 16, а также канала в трубопровод 7 для обеспечения прохода потока воздуха к впускному коллектору 5. При этом одновременно осуществляется перекрытие заслонкой 6 канала в воздушный короб 3.
Воздух из воздушного короба 3 поступает в компрессор 11 Устройства 1, где происходит его сжатие и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Далее после компрессора 11 сжатый плотный и горячий воздух поступает в интеркуллер 12 с установленным вентилятором и системой орошения (на фиг. не показаны). Охлажденный плотный воздух на выходе из интеркуллера 12 передвигается далее по трубопроводу 7 в направлении к синхронной заслонке 6. При этом давление воздуха в трубопроводе 7 поддерживается на заданном уровне за счет наличия перепускного клапана 15. Охлажденный воздух через открытую синхронную заслонку 6 поступает в основной трубопровод 16. Далее поток воздуха поступает во впускной коллектор 5 двигателя 2 и далее на такте впуска - в цилиндры двигателя 2. Отработавшие газы отводятся через выпускной коллектор 8 двигателя 2 и поступают в выхлопную систему 9. При этом установленная на трубопроводе выхлопной системы 9 перед катализатором автоматическая синхронная заслонка 14 перекрывает приемную трубу 10 и открывает участок прямого выхлопа 13 для беспрепятственного и облегченного сброса отработавших газов в атмосферу.
Устройство позволяет существенно повысить мощность ДВС.
Приведенные примеры являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций полезной модели.