Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания (ДВС), с принудительным зажиганием, оснащенному компрессором. ДВС (1) включает цилиндры (2), установку (3) всасывания воздуха и компрессор (8). Установка (3) образована, по меньшей мере, одним распределительным трубопроводом (4), несколькими впускными трубопроводами (7) и, по меньшей мере, одной нагнетательной камерой (6). Нагнетательная камера (6) размещена между распределительным (4) и впускными (7) трубопроводами (7). Воздух для сжигания топлива поступает в установку (3) по воздуховоду (5), который оканчивается в распределительном трубопроводе (4). Давление (р) наддува снижается на участке от выхода из компрессора (8) до входа в камеру сгорания ДВС. Длина (L_V) распределительного трубопровода (4) определяется в зависимости от его эквивалентного диаметра (D_V) таким образом, что достигается снижение давления (р) наддува внутри установки (3) путем газодинамического расширения. Расширение осуществляется частично в нагнетательной камере (6), в соответствующем впускном трубопроводе (7) и/или в распределительном трубопроводе (4). Технический результат заключается в понижении температуры наддувочного воздуха. 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, в частности двигателю внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, оснащенному компрессором, согласно ограничительной части пункта 1 формулы.

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания используются, как правило, системы всасывания воздуха, которые обеспечивают колебательный или резонансный наддув или комбинацию этих обоих типов наддува. В случае двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в результате сжатия всасываемого воздуха для сжигания топлива температура воздуха повышается. Дополнительный наддув не производится и поэтому после компрессора установлен холодильник для охлаждения наддувочного воздуха. Благодаря этому сводится до минимума опасность детонационного сгорания топлива в двигателе. Дополнительное снижение температуры наддувочного воздуха путем увеличения размеров холодильника наддувочного воздуха невозможно, что обусловлено, в основном, конструктивными причинами. Поэтому, для повышения эффективности работы холодильника наддувочного воздуха на его выходе предусмотрены расширительные устройства, предназначенные для дополнительного снижения температуры воздуха для сжигания топлива. Так, например, из DE 10002482 A1 известно устройство для охлаждения наддувочного воздуха, в котором расширение воздуха для сжигания топлива, находящегося под повышенным давлением наддува, производится у обратного клапана. При этом обратный клапан устанавливается между холодильником наддувочного воздуха и системой всасывания воздуха двигателя внутреннего сгорания.

Из DE 3627312 A1 известно управляемое расширительное устройство, которое также предназначено для снижения температуры наддувочного воздуха и в котором производится адиабатическое частичное расширение наддувочного воздуха. При этом в известном управляемом расширительном устройстве предусмотрен участок трубопровода в виде сопла, сформированного в форме сопла Лаваля, причем участок трубопровода в виде сопла расположен во всасывающей линии перед системой всасывания воздуха. В известных из уровня техники способах охлаждения наддувочного воздуха после его выхода из холодильника наддувочного воздуха требуется использования расширительного устройства, установленного во всасывающей линии, что обусловливает необходимость увеличения габаритов двигательного отсека транспортного средства.

В основу изобретения положена задача разработки двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в котором расширение наддувочного воздуха может достигаться без конструктивных затрат. Поставленная задача решена за счет устройства с отличительными признаками пункта 1 формулы.

Двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению характеризуется тем, что длина распределительного трубопровода определяется в зависимости от эквивалентного диаметра распределительного трубопровода таким образом, что достигается снижение давления наддува внутри установки всасывания воздуха двигателя внутреннего сгорания путем расширения, при этом расширение наддувочного воздуха происходит частично в нагнетательной камере, в соответствующем впускном трубопроводе и/или в распределительном трубопроводе. Согласно изобретению осуществляется непрерывное, но не обязательно равномерное, расширение между входом воздуха для сжигания топлива в распределительный трубопровод и его выходом из впускного трубопровода.

В варианте исполнения установки всасывания воздуха согласно изобретению за счет расширения обеспечивается эффективное охлаждение наддувочного воздуха внутри установки всасывания воздуха без использования дополнительных подвижных компонентов. За счет этого предоставляется экономичная и эффективная установка всасывания воздуха для двигателей внутреннего сгорания с наддувом, при этом предлагаемая, согласно изобретению расширительная всасывающая установка пригодна для использования как на бензиновых двигателях внутреннего сгорания с наддувом, так и на дизельных двигателях с наддувом.

Предлагаемое изобретение позволяет, в частности, свести до минимума склонность бензинового двигателя внутреннего сгорания с наддувом к детонационному сгоранию топлива. За счет этого достигается смещение угла опережения в направлении оптимума даже при высоких значениях числа оборотов, так как в этом случае достигается снижение температуры горючей смеси. Такой эффект достигается за счет того, что предлагаемая согласно изобретению установка всасывания воздуха позволяет исключить газодинамическое сжатие воздуха после холодильника наддувочного воздуха и дополнительно обеспечивает расширение в установке всасывания воздуха при понижении температуры воздуха для сжигания топлива.

В одном варианте исполнения предлагаемого изобретения длина распределительного трубопровода определяется в зависимости от номинального числа оборотов двигателя внутреннего сгорания. Благодаря этому обеспечивается оптимальное использование данной установки всасывания воздуха в двигателе внутреннего сгорания с наддувом и возможно целевое согласование параметров, в частности в двигателях спортивных автомобилей, для высоких нагрузок и значений числа оборотов.

В другом варианте исполнения предлагаемого изобретения выбор длины распределительного трубопровода в зависимости от эквивалентного диаметра распределительного трубопровода производится таким образом, что отношение эквивалентного диаметра распределительного трубопровода к длине распределительного трубопровода составляет от 0,05 до 0,14. При этом длина впускного трубопровода, в частности, при номинальном числе оборотов 5500-7000 об/мин не должна превышать 200 мм или 150 мм. При этом отношение эквивалентного диаметра распределительного трубопровода к длине распределительного трубопровода составляет, предпочтительно, 0,066, 0,114 или 0,136. За счет этого, в установке всасывания воздуха осуществляется оптимальное расширение сжатого воздуха для сжигания топлива, благодаря чему воздух для сжигания топлива поступает из установки всасывания воздуха во впускной канал головки блока цилиндров со значительно меньшей температурой.

За счет нового геометрического формирования распределительного трубопровода установки всасывания воздуха, диаметр распределительного трубопровода меньше такового в обычных впускных системах, что позволяет оптимизировать объем двигательного отсека. В установке всасывания воздуха согласно изобретению за счет выдерживания соотношения размеров, предлагаемого согласно изобретению, полностью используется известный эффект резонансного наддува, в частности при высоких значениях числа оборотов двигателя. Вместо сжатия производится расширение воздуха для сжигания топлива, который затем охлаждается. За счет этого в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь с меньшей температурой, что позволяет обеспечить оптимальную, относительно мощности, установку момента зажигания в двигателе внутреннего сгорания. Благодаря этому, в частности, при высоких нагрузках и значениях числа оборотов обеспечивается повышение коэффициента полезного действия двигателя при одновременном повышении его мощности и снижении расхода топлива.

В следующем варианте исполнения предлагаемого изобретения двигатель внутреннего сгорания оснащен одним или двумя рядами цилиндров, при этом общее число цилиндров составляет шесть. Применительно к шестицилиндровому двигателю внутреннего сгорания с принудительным зажиганием и с оппозитным расположением цилиндров предлагаемая установка всасывания воздуха позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия двигателя. Однако данная установка всасывания воздуха может быть использована также и применительно к двигателям внутреннего сгорания с четырьмя цилиндрами.

Предлагаемое изобретение способствует также повышению степени заполнения цилиндров, в частности в двигателях внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, а также дополнительному повышению давления наддува за счет компрессора, чтобы компенсировать снижение давления наддува вследствие достигнутого в установке всасывания воздуха расширения. При этом давление наддува повышается, предпочтительно, на 5-15% по сравнению с обычными значениями давления наддува. Значения давление наддува в обычных системах впуска воздуха составляет 0,9-1,5 бар.

За счет более высокого давления наддува после компрессора повышается температура воздуха для сжигания топлива, в результате чего вследствие более высокого температурного уровня воздуха для сжигания топлива в холодильнике наддувочного воздуха отводится большее количество тепла. Согласно предлагаемому изобретению перепад температур в холодильнике наддувочного воздуха на 5-15% больше, чем в случае обычных значений давления наддува. За счет этого температура воздуха для сжигания топлива после холодильника наддувочного воздуха лишь незначительно превышает таковую в случае обычного или традиционного наддува, так как отводимое в холодильнике наддувочного воздуха количество тепла на 3-10% превышает таковое при использовании обычных соотношений значений давления наддува. Дополнительно получаемое за счет использования предлагаемой согласно изобретению установки всасывания воздуха количество тепла приводит к более низкой температуре топливно-воздушной смеси в камере сгорания, так как в момент закрытия впускного клапана как уровень давления, так и уровень температуры в камере сгорания на 3-4% ниже, чем в случае применения обычных установок всасывания воздуха. За счет этого в двигателях с наддувом спортивных автомобилей, работающих, в частности, при высоких нагрузках и значениях числа оборотов, при одинаковой мощности двигателя обеспечивается пониженный расход топлива или при одинаковом расходе топлива достигается более высокая мощность двигателя.

Согласно еще одному предпочтительному варианту исполнения предлагаемого изобретения в двигателе внутреннего сгорания согласно изобретению за счет использования работающего на отработавших газах турбокомпрессора и изменяемой геометрии турбины в сочетании с расширительной всасывающей установкой согласно изобретению производится постоянная подгонка желаемого расширения воздуха для сжигания топлива внутри установки всасывания воздуха к рабочему состоянию двигателя. За счет этого в предлагаемом согласно изобретению двигателе внутреннего сгорания обеспечивается оптимизация момента зажигания и за счет этого дополнительное повышение коэффициента полезного действия.

Другие признаки и комбинации признаков приведены в описании. Конкретные примеры исполнения предлагаемого изобретения в упрощенном виде представлены на фигурах и более детально пояснены ниже в описании. На фигурах представлено:

Фиг.1 - предлагаемая согласно изобретению установка всасывания воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом и расположенными в два ряда цилиндрами;

Фиг.2 - принципиальная схема установки всасывания воздуха по первому примеру исполнения согласно фиг.1;

Фиг.3 - принципиальная схема установки всасывания воздуха по второму примеру исполнения согласно фиг.1;

Фиг.4 - принципиальная схема предлагаемой согласно изобретению установки всасывания воздуха двигателя внутреннего сгорания с одним рядом цилиндров согласно третьему примеру исполнения;

Фиг.5 - принципиальная схема установки всасывания воздуха по четвертому примеру исполнения согласно фиг.4;

Фиг.6 - принципиальная схема установки всасывания воздуха по пятому примеру исполнения согласно фиг.1;

Фиг.7 - принципиальная схема установки всасывания воздуха по шестому примеру исполнения согласно фиг.4;

Фиг.8 - схематическая диаграмма изменения давления, температуры и массового расхода в установке всасывания воздуха предлагаемого согласно изобретению двигателя внутреннего сгорания;

Фиг.9 - принципиальная схема соотношений размеров установки всасывания воздуха предлагаемого согласно изобретению двигателя внутреннего сгорания;

Фиг.10 - схематическое представление характера изменения температуры наддувочного воздуха в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания;

Фиг.11 - схематическое представление характера влияния установки всасывания воздуха согласно фиг.1 на мощность двигателя внутреннего сгорания;

Фиг.12 - схематическое представление характера изменения температуры топливно-воздушной смеси в камере сгорания предлагаемого согласно изобретению двигателя внутреннего сгорания в момент закрытия впускного клапана в зависимости от установленного числа оборотов.

Двигатель 1 внутреннего сгорания с наддувом имеет по меньшей мере один цилиндр 2, в котором между перемещающимся в цилиндре 2 поршнем и головкой цилиндра сформирована не показанная камера сгорания. Воздух для сжигания топлива поступает в двигатель 1 внутреннего сгорания через компрессор 8. Согласно изобретению наддув двигателя 1 внутреннего сгорания производится через компрессор 8, который выполнен в виде составной части турбокомпрессора, работающего на отработавших газах, механического компрессора или электрического компрессора. За счет сжатия воздуха для сжигания топлива, температура наддувочного воздуха повышается. Для ее понижения после компрессора 8 установлен холодильник 9 наддувочного воздуха.

На фиг.1 представлена установка 3 всасывания воздуха, выполненная согласно изобретению, в которой наддувочный воздух подается в распределительный трубопровод 4 через воздуховод 5. Представленная на фиг.1 установка 3 всасывания воздуха применительно к двигателю 1 внутреннего сгорания с двумя рядами цилиндров выполнена таким образом, что для каждого ряда цилиндров предусмотрен впускной коллектор или нагнетательная камера 6. У каждой нагнетательной камеры 6, на каждый ряд цилиндров предусмотрено по три впускных трубопровода 7, по которым наддувочный воздух поступает в непоказанный входной канал в головке цилиндра, а затем - в камеру сгорания. Обе нагнетательные камеры 6 подключены к центральному распределительному трубопроводу 4. При этом соответствующая нагнетательная камера 6 и впускной трубопровод 7 выполнены в виде цельной детали. Согласно предлагаемому изобретению между обеими нагнетательными камерами 6 размещен распределительный трубопровод 4, который в данном примере исполнения выполнен из распределительного модуля 4а и двух участков 4b трубопровода, которые с соответствующей нагнетательной камерой выполнены в виде цельной детали. Соединение производится посредством ленточных хомутов или штыкового (байонетного) замка.

Согласно изобретению длина L_V распределительного трубопровода определяется в зависимости от эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода таким образом, чтобы внутри установки 3 всасывания воздуха давление наддувочного воздуха снижалось за счет расширения, при этом расширение частично производится в нагнетательной камере и/или внутри распределительного трубопровода. Согласно изобретению расширение происходит в области между входом воздуха для сжигания топлива в распределительный трубопровод 4, например из распределительного модуля 4а, и выходом из впускного трубопровода 7. В зависимости от порядка работы соответствующих цилиндров 2, в установке всасывания воздуха возникают колебания, при этом в установке всасывания воздуха происходит непрерывное, но не обязательно равномерное, расширение наддувочного воздуха в соответствующую камеру сгорания. Благодаря этому возможно снижение температуры наддувочного воздуха на входе в камеру сгорания и, следовательно, температуры топливно-воздушной смеси в камере сгорания, за счет чего возможно повышение мощности двигателя при одновременном снижении удельного расхода топлива.

Согласно предлагаемому изобретению в процессе охлаждающей фазы расширения колеблющийся воздух во всасывающем тракте засасывается для подготовки смеси, за счет чего снижается температура топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Это обусловливает значительное повышение эффективности работы двигателя: при максимальной мощности шестицилиндрового двигателя с оппозитным расположением цилиндров расход топлива снижается примерно на 15%.

Предлагаемое изобретение отличается также тем, что предлагаемая расширительная всасывающая установка 3 хорошо подходит для двигателя 1 внутреннего сгорания с шестью или четырьмя цилиндрами. Применительно к шестицилиндровому двигателю с наддувом длина L_V распределительного трубопровода определяется по следующему уравнению:

200-4/3·L _S +1,7·n _N ^-2,22 ·(D _V -30)<L _v <7,2·10 ⁶ /n _N -1,5·L _S

В случае четырехцилиндрового двигателя с наддувом диапазон значений длины L_V распределительного трубопровода, в котором расширительная всасывающая установка может достигать предпочтительных результатов, рассчитывается по следующему уравнению:

34·D _V -650-4/3·L _S <L _V

При этом L_S соответствует длине впускного трубопровода между нагнетательной камерой 6 и непоказанной головкой цилиндра. Величина L_V соответствует длине распределительного трубопровода, при этом в зависимости от конкретного примера исполнения, она определяется различными методами. Величина L_V представляет собой длину соединительного трубопровода между первой и второй нагнетательными камерами 6. В примерах исполнения с резервуаром 4с или 11 согласно фиг.3 или 5, величина L_V равна сумме участков распределительного трубопровода L_V = L_V1 + L_V2. Величина n_N соответствует номинальному числу оборотов двигателя внутреннего сгорания, при котором обеспечивается максимальная его мощность.

В распределительном трубопроводе 4 с переменной площадью A_V(x) поперечного сечения внутренний объем V_V соединительного трубопровода определяется по следующему уравнению:

V _V = , причем A _M =V _V /L _V

При этом х соответствует путевой координате вдоль центральной линии трубопровода. Области, в которых величина A_V(x) превышает удвоенное среднее значение площади A_M поперечного сечения, рассматриваются не как трубопровод, а как резервуар, и поэтому они не учитываются при расчете длины L_V трубопровода и эквивалентного диаметра D_V соединительного трубопровода трубы.

Исходя их этого, эквивалентный диаметр D_V соединительного трубопровода определяется по уравнению:

D _V =

В первом примере исполнения согласно фиг.2, длина L_V распределительного трубопровода равна расстоянию между обеими нагнетательными камерами 6. Во втором примере исполнения согласно фиг.3, длина L_V распределительного трубопровода включает длину обоих участков L_V1 и L_V2, а в третьем примере исполнения согласно фиг.4, длина распределительного трубопровода соответствует длине дуги распределительного трубопровода. В четвертом примере исполнения согласно фиг.5, длина L_V распределительного трубопровода включает длину обоих участков L_V1 и L_V2. В пятом примере исполнения согласно фиг.6, длина L_V распределительного трубопровода равна расстоянию между обеими нагнетательными камерами 6, а в шестом примере исполнения согласно фиг.7, длина распределительного трубопровода соответствует длине дуги распределительного трубопровода.

Согласно изобретению при расчете расширительной всасывающей установки 3 по приведенным выше уравнениям обеспечивается получение, преимущественно, более низких температур на впускном отверстии камеры сгорания. Так, в частности, при длине распределительного трубопровода около 440 мм и эквивалентном диаметре D_V распределительного трубопровода, составляющем 50 или 60 мм или от 50 до 60 мм, возможно достижение высокой степени расширения. При этом впускной трубопровод 7 имеет длину L_S, которая составляет менее 200 или 150 мм, предпочтительно от 110 до 140 мм. В соответствии с этим, длина L_V распределительного трубопровода в зависимости от эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода должна быть выбрана таким образом, чтобы отношение эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода к длине L_V распределительного трубопровода составляло от 0,05 до 0,14, в частности от 0,06 до 0,13. При этом оказалось, что в случае шестицилиндрового двигателя значения этого отношения 0,066, 0,114 или 0,136 или промежуточные значения обеспечивают оптимальные результаты для предлагаемого изобретения, в частности в том случае, если длина L_S впускного трубопровода менее 150 мм.

Описанный в данном случае двигатель 1 внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу, при этом предлагаемое изобретение может быть использовано также применительно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Возвратно-поступательное движение поршня происходит между верхней мертвой точкой в.м.т. и нижней мертвой точкой н.м.т. При первом такте впуска четырехтактного двигателя 1 внутреннего сгорания, в камеру сгорания через входной канал или впускной трубопровод 7 подается воздух для сжигания топлива, при этом поршень перемещается вниз в нижнюю мертвую точку газообмена. При последующем такте сжатия поршень перемещается вверх в верхнюю мертвую точку зажигания в.м.т.з. для зажигания смеси. Затем поршень в такте расширения перемещается вниз в нижнюю мертвую точку, при этом в последнем такте поршень перемещается вверх в верхнюю мертвую точку газообмена в.м.т.г. и вытесняет газы из камеры сгорания.

Представленные на фиг.2 нагнетательные камеры 6 соединены с распределительным трубопроводом 4, при этом этот распределительный трубопровод 4 выполнен таким образом, что воздух для сжигания топлива подается в соответствующую камеру сгорания в момент времени, в который в нагнетательной камере 6 наддувочный воздух находится под давлением, которое ниже давления наддувочного воздуха в воздуховоде 5. Для пояснения эффекта, достигаемого путем использования предлагаемой согласно изобретению установки 3 всасывания воздуха, на фиг.8 приведено несколько характеристик состояния воздуха в нагнетательной камере 6 или в впускном трубопроводе 7 двигателя 1 внутреннего сгорания. Как следует из верхней диаграммы согласно фиг.8, максимальная высота подъема клапана на впуске имеет место во второй половине такта впуска, то есть между верхней мертвой точкой газообмена в.м.т.г. и нижней мертвой точкой н.м.т. Как показано на средней диаграмме фиг.8, температура воздуха для сжигания топлива во второй половине такта впуска имеет минимальную температуру Т_мин, что обусловлено расширением в нагнетательной камере 6. Предлагаемое изобретение характеризуется тем, что установка 3 всасывания воздуха согласно изобретению рассчитана таким образом, что в момент всасывания воздуха для сжигания топлива в установке 3 всасывания воздуха, в частности в нагнетательной камере 6, а также во впускных трубопроводах 2 имеется газодинамическое расширение. За счет этого, при поступлении воздуха для сжигания топлива в камеру сгорания, температура воздуха для сжигания топлива имеет, по существу, низкое значение Т_мин.

На фиг.3 представлен второй пример исполнения, в котором в центре распределительного трубопровода 4 вместо распределительного модуля 4а предусмотрен резервуар 4с. Согласно этому примеру исполнения длина L_V распределительного трубопровода состоит из значений длины участков, расположенных между соответствующей нагнетательной камерой 6 и резервуаром 4с. Согласно третьему примеру исполнения, представленному на фиг.4, двигатель 1 внутреннего сгорания также имеет шесть цилиндров, которые расположены последовательно. При этом установка 3 всасывания воздуха выполнена таким образом, что воздух для сжигания топлива разделяется так, что для трех первых цилиндров 2а предусмотрена первая нагнетательная камера 6а, а для остальных трех цилиндров 2b - вторая нагнетательная камера 6b. При этом распределительный трубопровод 4 выполнен в форме дуги и длина L_V распределительного трубопровода соответствует длине дуги. Согласно изобретению в зависимости от расположения цилиндров и конструкции двигателя, распределительный трубопровод 4 в рамках данного изобретения может быть выполнен в любой целесообразной форме, например в форме дуги, прямолинейным или угловым или же с использованием комбинации различных форм.

Измененная форма третьего примера исполнения, которая соответствует четвертому примеру исполнения, представлена на фиг.5, при этом распределительный трубопровод 4 разделен на два участка, причем между воздуховодом 5 и соответствующими участками 10 распределительного трубопровода размещен резервуар 11. В этом примере исполнения длина L_V распределительного трубопровода состоит из двух значений длины участков L_V1 и L_V2 распределительного трубопровода.

Согласно пятому примеру исполнения изобретения в соответствии с фиг.6 между нагнетательными камерами 6 размещен дополнительный распределительный трубопровод 12, который в зависимости от параметров двигателя может подключаться посредством переключательного элемента, выполненного, в данном случае, в виде переключательного клапана 13. Посредством переключательного клапана 13, размещенного в дополнительном распределительном трубопроводе 12, может производиться регулировка величины эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода. Благодаря этому может устанавливаться целенаправленное расширение наддувочного воздуха в зависимости от числа оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания. Использование дополнительного распределительного трубопровода 12 с переключательным клапаном 13 возможно также во всех описанных выше примерах исполнения. При этом, в зависимости от формы распределительного трубопровода, один или два дополнительных распределительных трубопровода 12 могут быть установлены в соответствующих местах для регулировки эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода. Представленный на фиг.7 шестой пример исполнения представляет собой измененную форму пятого примера исполнения согласно фиг.4.

На фиг.12 в качестве примера представлен характер изменения температуры Т_В наддувочного воздуха в камере сгорания после завершения впуска в нее расширенного наддувочного воздуха. На трех изображениях согласно фиг.12 представлены различные значения температуры в зависимости от числа оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания. Благодаря этому, посредством дополнительно подключаемого распределительного трубопровода 12, в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания, таких как число оборотов, может быть установлен определенный эквивалентный диаметр D_V распределительного трубопровода и, следовательно, обеспечена соответствующая степень расширения наддувочного воздуха. За счет этого обеспечивается возможность установки самой низкой температуры наддувочного воздуха в зависимости от рабочих параметров в момент впуска воздуха в камеру сгорания, благодаря чему достигается оптимальное значения коэффициента полезного действия при соответствующем режиме работы двигателя 1 внутреннего сгорания.

Расширительная всасывающая установка 3 согласно изобретению и вариант ее исполнения более детально рассмотрены ниже. Представленное на фиг.9 в схематическом виде соотношение размеров установки 3 всасывания воздуха согласно фиг.1 обусловлено характером изменения температуры наддувочного воздуха согласно фиг.12. При этом показанные на фиг.9 треугольники представляют собой температурные зоны с низкими значениями температуры наддувочного воздуха согласно фиг.12. В этом случае длина L_V распределительного трубопровода должна быть выбрана в зависимости от эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода таким образом, чтобы обеспечивалась точка пересечения внутри треугольника, изображенного на фиг.9. Благодаря таким расчетным параметрам, при использовании расширительной всасывающей системы согласно изобретению на входе камеры сгорания достигается соответствующая согласно фиг.12 температура T_мин наддувочного воздуха.

Геометрическая форма установки 3 всасывания воздуха обеспечивает такое расширение наддувочного воздуха, при котором фаза расширения колебаний наддувочного воздуха приходится на вторую половину второго процесса впуска (всасывания) - верхняя диаграмма на фиг.8. Во второй половине процесса впуска, в фазе расширения согласно фиг.8, достигаются наименьшие значения температуры наддувочного воздуха. За счет впуска относительно холодной воздушной массы, наполнение камеры сгорания цилиндра в предлагаемом изобретении производится при относительно низкой температуре. За счет этого эффекта граница детонации согласно фиг.11 смещается в сторону раннего зажигания, благодаря чему возможно более раннее зажигание.

Благодаря установке более раннего момента зажигания двигателя 1 внутреннего сгорания, чем при более горячем наполнении цилиндра, возможно повышение мощности двигателя. Это обусловливает значительное увеличение мощности двигателя. За счет снижения склонности к детонации возможно повышение степени сжатия двигателя внутреннего сгорания.

Для компенсации достигнутой степени расширения в установке 3 всасывания воздуха, посредством компрессора 8 устанавливается соответствующее давление наддува, которое превышает таковое в случае обычных двигателей внутреннего сгорания с наддувом. Давление наддува при использовании предлагаемой согласно изобретению расширительной всасывающей установки 3 может на 0,15-0,3 бар превышать таковое в случае использования обычных всасывающих установок. За счет такого повышения давления наддува, температура наддувочного воздуха перед холодильником 9 наддувочного воздуха повышается примерно на 10 градусов, при этом температура наддувочного воздуха после холодильника 9 наддувочного воздуха повышается на 2-3 градуса.

Таким образом, установленная (настроенная) степень расширения способствует дальнейшему снижению температуры наддувочного воздуха, за счет чего при поддержании требуемого уровня давления наддувочного воздуха на входе камеры сгорания имеет место более низкая температура наддувочного воздуха по сравнению с обычными значениями температуры согласно фиг.8 и 10. За счет этого обеспечивается больший расход воздуха, поступающего в камеру сгорания, и, одновременно, повышение мощности за счет смещения границы детонации двигателя 1 внутреннего сгорания согласно фиг.10 и 11.

Изобретение относится к имеющему наддув двигателю 1 внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами 2 и установкой 3 всасывания воздуха, при этом установка 3 всасывания воздуха образована из, по меньшей мере, одного распределительного трубопровода 4, нескольких впускных трубопроводов 7 и двух нагнетательных камер 6, причем соответствующая нагнетательная камера 6 размещена между распределительным трубопроводом 4 и впускными трубопроводами 7. В данном случае воздух для сжигания топлива поступает в установку 3 всасывания воздуха через воздуховод 5, который оканчивается в распределительном трубопроводе 4, при этом давление наддува воздуха для сжигания топлива снижается на участке от выхода из компрессора 8 до входа в камеру сгорания двигателя 1 внутреннего сгорания.

Согласно изобретению длина L_V распределительного трубопровода определяется в зависимости от эквивалентного диаметра D_V распределительного трубопровода таким образом, чтобы за счет расширения в установке 3 всасывания воздуха обеспечивалось снижение давления наддува, причем расширение осуществляется в нагнетательной камере, в соответствующем впускном трубопроводе 7 и/или в распределительном трубопроводе 4. Данное изобретение может быть использовано применительно к двигателям с оппозитным расположением цилиндров, содержащим четыре или шесть цилиндров, в частности применительно к двигателям с оппозитным расположением цилиндров с турбокомпрессором, работающим на отработавших газах и оснащенным системой изменения геометрии турбины.

1. Двигатель (1) внутреннего сгорания, включающий несколько цилиндров (2), установку (3) всасывания воздуха, компрессор (8) для подачи воздуха для сжигания топлива и размещенную в цилиндре (2) камеру сгорания, которая ограничена поршнем и головкой цилиндра, причем
установка (3) всасывания воздуха образована по меньшей мере одним распределительным трубопроводом (4), несколькими впускными трубопроводами (7) и, по меньшей мере, одной нагнетательной камерой (6), при этом нагнетательная камера (6) размещена между распределительным трубопроводом (4) и впускными трубопроводами (7), причем
воздух для сжигания топлива поступает в установку (3) всасывания воздуха по воздуховоду (5), который оканчивается в распределительном трубопроводе (4), и
давление (р) наддува воздуха для сжигания топлива снижается на участке от выхода из компрессора (8) до входа в камеру сгорания двигателя (1) внутреннего сгорания,
отличающийся тем, что
длина (L_V) распределительного трубопровода определяется в зависимости от эквивалентного диаметра (D_V) распределительного трубопровода таким образом, что достигается снижение давления (р) наддува внутри установки (3) всасывания воздуха путем газодинамического расширения, при этом расширение осуществляется частично в нагнетательной камере (6), в соответствующем впускном трубопроводе (7) и/или в распределительном трубопроводе (4).

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что длина (L_V) распределительного трубопровода определяется в зависимости от номинального числа (n_N) оборотов двигателя (1) внутреннего сгорания и/или длины (L_S) впускного трубопровода.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что длина (L_V) распределительного трубопровода определяется в зависимости от эквивалентного диаметра (D_V) распределительного трубопровода таким образом, что отношение эквивалентного диаметра (D_V) распределительного трубопровода к длине (L_V) распределительного трубопровода составляет от 0,05 до 0,14 или от 0,06 до 0,13.

4. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что установка (3) всасывания воздуха выполнена таким образом, что длина (L_S) впускного трубопровода составляет менее 200 мм или менее 150 мм.

5. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что установка (3) всасывания воздуха оснащена двумя нагнетательными камерами (6), при этом распределительный трубопровод (4) образован из распределительного модуля (4а) и двух участков (4b) распределительного трубопровода, причем каждый участок (4b) распределительного трубопровода размещен между распределительным модулем (4а) и одной из нагнетательных камер (6).

6. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в частности с оппозитным расположением цилиндров, при этом число цилиндров (2) составляет четыре или шесть.

7. Двигатель внутреннего сгорания по п.2, отличающийся тем, что длина (L_V) распределительного трубопровода превышает значение длины (L₁), которое определяется по первому уравнению:
L₁=200-4/3·L_S+1,7·n_N ^-2,22·(D_V-30),
где L_S представляет собой длину соответствующего впускного трубопровода, n_N - номинальное число оборотов двигателя внутреннего сгорания, a D_V - эквивалентный диаметр распределительного трубопровода.

8. Двигатель внутреннего сгорания по п.2, отличающийся тем, что длина (L_V) распределительного трубопровода меньше значения длины (L₂), которое определяется по второму уравнению:
L₂=7,2·10⁶/n_N-1,5·L_S,
где L_S представляет собой длину соответствующего впускного трубопровода (7), а n_N - номинальное число оборотов двигателя внутреннего сгорания.

9. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что длина (L_V) распределительного трубопровода превышает значение длины (L₃), которое определяется по третьему уравнению:
L₃=34·D_V-650·4/3L_S,
где L_S представляет собой длину соответствующего впускного трубопровода, а D_V - эквивалентный диаметр распределительного трубопровода.

10. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что включает второй подключаемый распределительный трубопровод (12).

11. Двигатель внутреннего сгорания по п.10, отличающийся тем, что во втором распределительном трубопроводе (4) предусмотрен переключающий клапан (13), посредством которого производится регулирование величины эквивалентного диаметра (D_V) распределительного трубопровода.

12. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания оснащен работающим на отработавших газах турбокомпрессором с изменяемой геометрией турбины.

13. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью установки дополнительного повышения давления наддува посредством компрессора (8), при этом установленные значения давления наддува на 5-15% выше значения, составляющего от 0,9 до 1,5 бар.

14. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что внутри установки (3) всасывания воздуха устанавливается надлежащее расширение в зависимости от рабочих параметров, в частности от числа оборотов двигателя внутреннего сгорания.