Способ подогрева впускного воздуха в двигателе внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания предназначен для двигателя (1), имеющего по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра (2). Каждый цилиндр (2) имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха (9а, 9b) в цилиндр (2). К каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод (3). Впускные трубопроводы (3) по меньшей мере двух цилиндров (2) соединяются в общий впускной трубопровод (6). В общем впускном трубопроводе (6) предусмотрено нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b). Нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b) активируют, когда прекращается подача топлива двигателю (1) внутреннего сгорания. Раскрыт двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа. Технический результат заключается в уменьшении выбросов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра, в котором каждый цилиндр имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха в цилиндр, при этом к каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод, впускные трубопроводы по меньшей мере двух цилиндров объединены в общий впускной трубопровод, в котором предусмотрено устройство для подогрева воздуха для горения.
Изобретение также относится к двигателю внутреннего сгорания для осуществления данного способа.
Уровень техники
В рамках настоящего изобретения термин «двигатель внутреннего сгорания» относится к двигателям с принудительным (искровым) зажиганием, но также применим и к дизельным и гибридным двигателям внутреннего сгорания.
В двигателях внутреннего сгорания имеется блок цилиндров и по меньшей мере одна головка цилиндров, которые соединены друг с другом с образованием цилиндров. Для контроля замены рабочей смеси требуются элементы управления двигателем внутреннего сгорания, которые обычно выполняют в виде клапанов, а также исполнительные устройства для приведения в действие указанных элементов управления. Механизм активации клапанов, необходимый для движения клапанов, включающий в себя сами клапаны, называется клапанным приводом. Клапанный привод часто размещают в конструкции головки цилиндров.
В процессе замены рабочей смеси продукты сгорания выводятся через выпускные отверстия цилиндров, а заполнение камеры сгорания, точнее, введение воздуха для горения в камеру сгорания, осуществляется через впускные отверстия. Если двигатель внутреннего сгорания оснащен системой рециркуляции выхлопных газов, то воздух для горения может состоять не только из всасываемого снаружи свежего воздуха, но и из выхлопных газов. Если топливо впрыскивается не непосредственно в цилиндры, а, например, вводится во впускной тракт выше по потоку цилиндров, то через впускные отверстия цилиндров будет подаваться не только воздух, но и топливо.
Функцией клапанного привода является открывание и закрывание впускных и выпускных отверстий в нужное время с быстрым обеспечением наибольших сечений потока, чтобы поддерживать на минимальном уровне потери на дросселирование поступающего и выводимого потоков газа, а также для того, чтобы гарантировать лучшее заполнение камеры сгорания свежей смесью и эффективный, а точнее, полный, отвод выхлопных газов из камеры.
Согласно уровню техники, подводимые к впускным отверстиям впускные каналы по меньшей мере частично встроены в головку цилиндров и, как правило, соединяются, зачастую в один общий впускной трубопровод, образуя по меньшей мере один впускной коллектор.
К области впуска двигателя внутреннего сгорания предъявляются различные требования. Так, среди прочего, требуется такое расположение и выполнение впускных каналов, которое будет обеспечивать по возможности минимальные потери давления всасываемого воздуха для хорошего наполнения цилиндров свежей смесью.
Геометрия впускного трубопровода также оказывает влияние на движение заряда рабочей смеси в цилиндре и, следовательно, на образование смеси, в особенности, в двигателях внутреннего сгорания с непосредственным впрыском. Поэтому часто впускные каналы выполняют с учетом возникновения так называемых завихрений или вихревого потока, которые должны поддерживать и ускорять образование смеси, причем под завихрением понимается вихрь воздуха вокруг воображаемой оси, параллельной продольной оси коленчатого вала, а под вихревым потоком понимают такой воздушный вихрь, ось которого параллельна продольным осям поршней или цилиндров.
Во время замены горючей смеси давление вдоль направления потока во впускном канале меняется. Подобные локальные колебания давления распространяются в газообразных средах в виде волн. Для того чтобы сделать возможным использование этих динамических волновых движений для оптимизации замены рабочей смеси, можно, например, организовать область впуска таким образом, чтобы к концу такта впуска на впускные отверстия приходила волна положительного давления, которая приводила бы к компрессии и, следовательно, к определенному наполняющему эффекту. При этом целесообразным будет использование различных по длине впускных трубопроводов.
Во впускной трубопровод или общий впускной трубопровод могут вливаться многочисленные дополнительные трубопроводы, например, рециркуляционный трубопровод системы рециркуляции выхлопных газов или перепускной трубопровод радиатора охлаждения наддувочного воздуха или компрессора.
Кроме того, двигатели внутреннего сгорания могут быть оснащены устройством подогрева, расположенным рядом с впуском и предназначенным для нагрева впускаемого воздуха. Двигатель внутреннего сгорания, в котором в общем впускном трубопроводе расположено устройство подогрева, также является объектом настоящего изобретения.
Подходящее для использования в двигателях внутреннего сгорания устройство подогрева было описано, к примеру, в описании немецкого патента DE 10214166 A1 и в европейском патенте EP 0793399 B1.
Эти известные нагревательные устройства содержат ленточные нагревательные элементы, нагреваемые электрическим способом и обладающие контуром с прямоугольным поперечным сечением. Ленточные нагревательные элементы расположены в области впуска таким образом, чтобы их прямоугольное поперечное сечение оказывало бы минимальное сопротивление всасываемому воздуху сгорания. Первая узкая сторона поперечного сечения ленточных нагревательных элементов обращена к потоку всасываемого воздуха, в то время как широкие стороны прямоугольного поперечного сечения проходят в направлении потока так, что всасываемый воздух протекает по касательной вдоль больших продольных сторон. Подобное расположение является благоприятным не только в аэрогидродинамическом отношении, но и предпочтительно с точки зрения теплопередачи за счет конвекции.
Согласно документу DE 19854077 A1 устройство подогрева может быть также расположено после охладителя наддувочного воздуха, который может по выбору находиться в области впуска. Указанный документ также описывает конструкцию устройства подогрева, в частности, фланца, выполняющего функцию гнезда или рамы, а также конструкцию ленточных нагревательных элементов и используемых для их изготовления материалов и их сочетаний.
Подогрев впускного воздуха может служить различным целям, например, сокращению периода прогрева после холодного запуска, как это описано в DE 19854077 A1.
В описании опубликованной заявки DE 102006030464 A1 приведено использование подогрева впускного воздуха для дизельных двигателей большого литража в периоды, отличные от запуска двигателя или прогрева, чтобы избежать пропусков зажигания на холостом ходу при использовании топлива с низким цетановым числом. Кроме того, нагревательный элемент активируется во время регенерации сажевого фильтра, а также когда вращающий момент двигателя и число оборотов двигателя падают ниже заданного минимального значения.
На основании всего вышесказанного задачей настоящего изобретения является разработка способа в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, которая расширит область применения устройства, предназначенного для подогрева воздуха для сгорания рабочей смеси.
Другой частной задачей настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания для реализации данного способа.
Раскрытие изобретения
Первая частная задача решается с помощью способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра, где каждый цилиндр имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха в цилиндр, при этом к каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод, впускные каналы по меньшей мере двух цилиндров объединены в общий впускной трубопровод, в котором предусмотрено устройство для подогрева впускного воздуха. При этом устройство подогрева активируют тогда, когда прекращена подача топлива в двигатель внутреннего сгорания.
Когда подача топлива прекращается, исключается выделение тепла во время сгорания, происходящее в результате экзотермической химической конверсии топлива, причем указанное тепло поддерживает рабочую температуру двигателя внутреннего сгорания.
В связи с этим предпочтительно, чтобы устройство подогрева было активировано для того, чтобы подогреть впускной воздух, когда подача топлива двигателю внутреннего сгорания прекращена. Это приводит к уменьшению выбросов и расхода топлива.
В связи с этим следует учитывать, что разогрев двигателя внутреннего сгорания с помощью предварительно прогретого впускного воздуха предназначен не только для поддержания рабочей температуры, но и для поддержания температуры моторного масла. Соответствующая низкая вязкость масла приводит к малому трению и снижает потери при трении, в частности, в снабжаемых маслом подшипниках. Этот эффект оказывает положительное влияние на расход топлива.
Способ по изобретению расширяет область применения нагревательного устройства для подогрева воздуха горения и решает таким образом первую задачу изобретения.
Другие предпочтительные варианты способа будут рассмотрены применительно к зависимым пунктам.
Предпочтительными являются варианты способа, в которых нагревательное устройство для подогрева впускного воздуха активируют тогда, когда подача топлива двигателю внутреннего сгорания прекращена в течение заранее заданного промежутка времени Δt1.
Введение дополнительного условия активации нагревательного устройства имеет целью предотвратить слишком частую его активацию и деактивацию, в частности активацию нагревательного устройства, когда подача топлива прекращена только на короткий промежуток времени без необходимости подогрева впускного воздуха нагревательным устройством, например, во время короткого использования принудительного холостого хода.
Предпочтительными являются варианты способа, в которых нагревательное устройство для подогрева впускного воздуха имеет электрический привод.
Предпочтительными являются варианты способа, в которых нагревательное устройство для подогрева впускного воздуха приводится в действие от энергии, вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания в режиме принудительного холостого хода. Таким образом, бортовой аккумулятор автомобиля освобожден от дополнительной нагрузки, то есть не разряжается нагревательным устройством в режиме принудительного холостого хода.
Вторая частная задача изобретения, а именно создание двигателя внутреннего сгорания для реализации описанного способа, решается с помощью двигателя внутреннего сгорания, который имеет по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра, каждый из которых имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха в цилиндр, при этом к каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод, впускные трубопроводы по меньшей мере двух цилиндров объединены в общий впускной трубопровод, в котором размещено нагревательное устройство.
Все сказанное относительно способа по изобретению распространятся также на соответствующий изобретению двигатель внутреннего сгорания, поэтому делается отсылка к соответствующим описаниям.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых впускные трубопроводы по меньшей мере двух цилиндров сливаются с формированием общего впускного трубопровода таким образом, что образуется распределительный узел, и нагревательное устройство расположено вблизи распределительного узла, в котором впускные трубопроводы сливаются с формированием общего впускного трубопровода, причем расстояние Δ между нагревательным устройством и распределительным узлом меньше, чем диаметр d цилиндра (Δ<d).
В данном варианте выполнения двигателя внутреннего сгорания нагревательное устройство располагают максимально близко к впускным отверстиям цилиндров, а именно рядом с распределительным узлом впускного коллектора, от которого ответвляются отдельные впускные трубопроводы, ведущие к по меньшей мере двум цилиндрам. Такое расположение обеспечивает поддержку функционирования нагревательного устройства, а именно подачу разогретого воздуха к цилиндрам.
Благодаря близкому расположению устройства подогрева к распределительному узлу сокращается путь разогретого впускного воздуха к цилиндрам. Следовательно, предварительно нагретому воздуху предоставляется минимальный участок пути и минимальное время для охлаждения. Термическая инерция части впускных трубопроводов между впускным отверстием цилиндра и нагревательным устройством минимизировано, в частности, за счет уменьшения массы и длины детали.
Такой способ гарантирует то, что воздух для горения при попадании в цилиндры будет обладать максимально высокой температурой, благодаря чему максимально большое количество тепла будет переноситься в цилиндры.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых впускные трубопроводы по меньшей мере двух цилиндров сливаются с формированием общего впускного трубопровода внутри по меньшей мере одной головки цилиндров, таким образом, что образуют впускной коллектор. Встраивание впускного коллектора в головку цилиндров еще больше сокращает длину впускных трубопроводов и, следовательно, термическую инерцию части впускных каналов между впуском цилиндра и нагревательным устройством. Кроме того, это позволяет сделать компоновку приводного узла плотной и сократит количество конструктивных элементов, и, следовательно, снизит расходы на сборку и производство.
Тем не менее, предпочтительными также могут быть варианты выполнения двигателя, в которых впускные трубопроводы по меньшей мере двух цилиндров сливаются с формированием общего впускного трубопровода снаружи по меньшей мере одной головки цилиндров и образуют внешний впускной коллектор.
В отличие от известных технических решений близкое расположение нагревательного устройства к цилиндрам позволяет использовать нагревательное устройство в качестве направляющего устройства для впускного воздуха с целью равномерного распределения всасываемого воздуха по отдельным цилиндрам.
Двигатель внутреннего сгорания по изобретению также может иметь две головки цилиндров, например, если несколько цилиндров распределены по двум рядам цилиндров.
Не является необходимым слияние впускных трубопроводов всех цилиндров головки цилиндров с формированием общего впускного трубопровода, а только впускных трубопроводов по меньшей мере двух цилиндров.
Предпочтительными являются также варианты конструктивного выполнения, в которых впускные трубопроводы всех цилиндров по меньшей мере одной головки цилиндров сливаются с формированием общего впускного трубопровода.
Впускные трубопроводы также могут сливаться с формированием двух общих впускных трубопроводов, образуя два распределительных узла, если имеется больше двух цилиндров и/или больше одного впускного отверстия в каждом цилиндре. При необходимости в этом случае могут быть предусмотрены два нагревательных устройства.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых расстояние Δ между нагревательным устройством и распределительным узлом меньше, чем половина диаметра d цилиндра (Δ<0,5d).
Особенно предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых расстояние Δ между нагревательным устройством и распределительным узлом меньше, чем четверть диаметра d цилиндра (Δ<0,25d).
Дополнительное сокращение расстояния Δ между нагревательным устройством и распределительным узлом в соответствии с обоими вышеуказанными вариантами выполнения способствует дальнейшему сокращению участка пути, проходимого предварительно нагретым воздухом к цилиндрам, то есть сокращению термической инерции части впускных трубопроводов, расположенной между впуском цилиндра и нагревательным устройством.
Под расстоянием Δ между нагревательным устройством и распределительным узлом в рамках данного изобретения понимается участок пути между выходом из нагревательного устройства и центром распределительного узла, в котором встречаются центральные элементарные струи потока впускных трубопроводов.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых нагревательное устройство имеет по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент, первая узкая сторона поперечного сечения которого обращена к потоку впускного воздуха.
Ленточные нагревательные элементы позволяют использование нагревательного устройства в качестве направляющего устройства для равномерного распределения всасываемого воздуха по отдельным цилиндрам.
При этом предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых первая узкая сторона поперечного сечения по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента расположена, по существу, перпендикулярно потоку впускного воздуха.
В двигателях внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере два цилиндра расположены в ряд вдоль продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров, являются предпочтительными варианты выполнения, в которых по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент направлен, по существу, горизонтально вдоль линии, параллельной продольной оси, предпочтительно параллельной продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров.
Исследования показали, что горизонтальное расположение нагревательных элементов является предпочтительным с точки зрения распределения всасываемого воздуха по отдельным цилиндрам и обладает определенными преимуществами в отношении коэффициента наполнения.
В двигателях внутреннего сгорания описываемого типа, в которых по меньшей мере два цилиндра расположены в ряд вдоль продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров, особенно предпочтительными являются варианты, в которых по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент располагается, по существу, вертикально, перпендикулярно и предпочтительно под прямыми углами к линии, параллельной продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров.
Подобное расположение ленточных нагревательных элементов особенно подходит для того, чтобы использовать нагревательные элементы в качестве направляющих для нагретого потока воздуха. С помощью подобного направляющего устройства всасываемый воздух сможет подаваться и регулироваться наиболее предпочтительным способом, позволяющим равномерно распределить воздух по отдельным цилиндрам. Целью является равномерное наполнение цилиндров зарядом горючей смеси. Таким образом, улучшаются эксплуатационные свойства двигателя внутреннего сгорания, в частности в отношении выброса вредных веществ, расхода топлива и доступной мощности.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент сужается по направлению к первой узкой торцевой стороне, обращенной к потоку впускного воздуха.
Это приводит также к преимуществам с точки зрения аэрогидродинамических свойств. Вследствие того, что нагревательные элементы сужаются противоположно направлению потока, при столкновении воздушного потока с устройством подогрева возникает меньше завихрений. Кроме того, за счет того, что сечение потока общего впускного трубопровода сужается не ступенчато, а постепенно, сужение частей воздушного потока также осуществляется плавно. То же самое касается нагревательных элементов. Сопротивление, которое оказывает нагревательное устройство потоку воздуха, уменьшается за счет описанного выполнения по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента, в результате чего также уменьшается создаваемая устройством подогрева потеря давления. С помощью описываемой конструкции можно оказывать противодействие ухудшению коэффициенту наполнения посредством нагревательного устройства.
По вышеуказанным причинам предпочтительными также являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых сужается первая узкая торцевая сторона по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента, обращенная по направлению к потоку впускного воздуха.
В связи с этим необходимо также учитывать, что современные двигатели внутреннего сгорания все чаще оснащают системой рециркуляции выхлопных газов, с помощью которой выхлопные газы возвращают в область впуска. Зачастую рециркулируемые выхлопные газы охлаждают, прежде чем они поступают в область впуска. Таким образом, могут возникнуть проблемы, связанные с нагревательным устройством, особенно если выхлопные газы поступают в область впуска выше по потоку нагревательного устройства.
При определенных обстоятельствах при охлаждении потока выхлопных газов забирается так много тепла, что отдельные компоненты выхлопных газов конденсируются из горячих выхлопных газов и осаждаются в нагревательном устройстве. Конденсированные компоненты выхлопного газа могут образовывать клейкий и стойкий слой, в процессе эксплуатации нарастающий на поверхности нагревательных элементов, причем твердые компоненты потока выхлопных газов, в особенности, находящиеся в выхлопных газах частицы сажи, также прикрепляются к указанному слою при контакте с ним. Отложения приводят к сужению сечения потока, а также иногда к полному закупориванию общего впускного трубопровода и ухудшают теплопередачу от нагревательных элементов к всасываемому воздуху. Сужение сечения потока впускного трубопровода связано также с потерей давления во всасываемом потоке и ухудшением коэффициента наполнения.
Сужающаяся первая узкая торцевая сторона по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента противодействует образованию подобных отложений. Также не представляют риска сужения поперечного сечения из-за отложений или даже блокировки канала конденсированными компонентами выхлопного газа.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых поперечное сечение по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента имеет дугообразную форму, а по меньшей мере один нагревательный элемент имеет форму лопатки.
Дугообразная конструкция ленточного нагревательного элемента является предпочтительной в связи с использованием нагревательного устройства в качестве направляющего устройства. При этом следует учитывать, что распределительный узел, как правило, располагается между по меньшей мере двумя цилиндрами, которые ограничивают пространственное расширение распределительного узла, и поэтому разогретый воздух на пути к цилиндрам в той или иной степени отклоняется почти в каждом варианте двигателя внутреннего сгорания.
Лопатообразная форма по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента позволяет без потерь или с незначительными потерями давления обеспечить разворот всасываемого воздуха и одновременное распределение воздуха по отдельным цилиндрам.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых нагревательное устройство имеет по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента, расположенных на расстоянии друг от друга.
С ростом количества нагревательных элементов возрастает площадь теплопередачи и, вместе с этим, количество тепла, передаваемого всасываемому воздуху. Количество нагревательных элементов с точки зрения теплопередачи имеет далеко не последнее значение, поскольку скорость потока в общем впускном трубопроводе является высокой, и температура нагревательных элементов и, следовательно, разница температур между нагревательными элементами и воздухом для увеличения теплопередачи не может быть увеличена произвольно.
Выполнение нагревательного устройства в качестве направляющего устройства также упрощается, когда предусмотрено несколько нагревательных элементов, которые могут быть использованы для воздействия на поток.
Для двигателей внутреннего сгорания, имеющих по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента, расположенных, по существу, вертикально, перпендикулярно линии, параллельной продольной оси линий по меньшей мере одной головки цилиндров, предпочтительными являются варианты, в которых по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента установлены под острым углом друг к другу. Подобное расположение нагревательных элементов разветвляет поток разогретого воздуха, благодаря чему он распределяется по цилиндрам.
Для двигателей внутреннего сгорания вышеуказанного типа с по меньшей мере двумя ленточными нагревательными элементами, расположенными, по существу, вертикально, предпочтительными также являются варианты, в которых по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента имеют лопатообразную форму с обращенной наружу вогнутой стороной.
«Обращенный наружу» в данном контексте означает, что вогнутая, то есть выгнутая внутрь, сторона стенки обращена к общему впускному трубопроводу или фланцу, держащему нагревательный элемент нагревательного устройства, и развернута от центральной элементарной струи потока впускного воздуха. При этом по меньшей мере два нагревательных элемента открываются предпочтительно воронкообразно.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере один нагревательный элемент имеет фланцевую опору. Данная конструктивная форма позволяет производить нагревательное устройство в виде заранее собранного конструктивного узла и использовать нагревательные устройства одинакового конструктивного типа в различных двигателях внутреннего сгорания. Это позволит увеличить объем партии и, следовательно, снизить издержки в расчете на единицу продукции. Кроме того, это облегчит замену неисправных нагревательных устройств.
Предпочтительными также являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых общий впускной трубопровод является опорой для по меньшей мере одного нагревательного элемента, то есть заменяет фланец при использовании в качестве основания.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых предусмотрен охладитель наддувочного воздуха, оснащенный перепускным трубопроводом, который вливается в общий впускной трубопровод выше по потоку нагревательного устройства.
Охладитель наддувочного воздуха понижает температуру воздуха и повышает вместе с этим его плотность, благодаря чему охладитель также способствует улучшению наполняемости цилиндров воздухом, то есть проведению больших воздушных масс. Оснащение охладителя наддувочного воздуха перепускным трубопроводом с целью обвода охладителя является предпочтительным, в частности, после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания или в период прогрева, а также в режиме принудительного холостого хода. Охладитель наддувочного воздуха в данных рабочих состояниях препятствует, то есть противодействует, нагреву нагревательного устройства.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых предусмотрена внешняя система рециркуляции выхлопных газов, оснащенная линией рециркуляции, которая вливается в общий впускной трубопровод выше по потоку нагревательного устройства.
Рециркуляция выхлопных газов со стороны выпуска в область впуска осуществляется целенаправленно для регулирования предельной концентрации выброса оксидов азота, причем для достижения значительного снижения выброса оксидов азота необходимо обеспечить высокую интенсивность рециркуляции выхлопных газов xEGR, т.е. в пределах приблизительно от 60 до 70%.
Степень рециркуляции хЕGR определяется при этом по формуле xEGR=mEGR/(mEGR+mсвежего воздуха); где mEGR обозначает массу рециркулированного выхлопного газа, а mсвежего воздуха - массу подаваемого свежего воздуха.
В линиях рециркуляции выхлопных газов часто бывает предусмотрено охлаждающее устройство, с помощью которого понижается температура горячего потока выхлопных газов, в результате чего повышается плотность выхлопных газов. Температура впускного воздуха, состоящего из смеси свежего воздуха и рециркулированных выхлопных газов, таким образом, также снижается, отчего охлаждающее устройство системы рециркуляции выхлопных газов также способствует лучшему наполнению цилиндров. Как правило, используют устройства жидкостного охлаждения. При определенных условиях также будет предпочтительным снабдить данное охлаждающее устройство, как и охладитель наддувочного воздуха, перепускным трубопроводом.
Поступающие в общий впускной трубопровод потоки газа создают турбулентность. Если перепускной трубопровод охладителя наддувочного воздуха и/или линии рециркуляции системы рециркуляции выхлопных газов впадает в общий впускной трубопровод выше по потоку нагревательного устройства, то расположенное выше по потоку нагревательное устройство обеспечивает также снижение скорости потока впускного воздуха.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых предусмотрено устройство турбонаддува.
Турбонаддув предназначен, в первую очередь, для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания. Однако турбонаддув также является подходящим средством для достижения той же мощности при меньшем рабочем объеме, благодаря чему при одинаковых параметрах автомобилей диапазон нагрузок может быть смещен в сторону более высоких показателей, где расход топлива значительно меньше.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно на основе примерного варианта осуществления согласно Фиг.1.
На Фиг.1 схематически показан первый вариант двигателя внутреннего сгорания.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 схематически показан первый вариант двигателя 1 внутреннего сгорания, который имеет три расположенных в ряд цилиндра 2. Речь, таким образом, идет о рядном трехцилиндровом двигателе.
Цилиндры 2 двигателя 1 внутреннего сгорания получают свежий воздух 9а со стороны впуска 5 через общий впускной трубопровод 6. В общем впускном трубопроводе 6 расположено нагревательное устройство 7 для нагрева впускного воздуха 9а. Само нагревательное устройство 7 нагревается электрическим способом, для чего предусмотрен электрический зажим 8.
Ниже по потоку нагревательного устройства 7 общий впускной трубопровод 6 разветвляется на три впускных трубопровода 3, идущих к трем цилиндрам 2, с образованием в месте разветвления распределительного узла 4.
Всасываемый через общий впускной трубопровод 6 воздух 9а нагревается при прохождении через включенное нагревательное устройство 7. Нагретый наддувочный воздух 9b позже, т.е. ниже по потоку нагревательного устройства 7, распределяется по отдельным цилиндрам 2 на распределительном узле 4. Газообразные продукты сгорания отводятся из цилиндров 2 через систему 10 отвода выхлопных газов.
Список ссылочных позиций
1. Двигатель внутреннего сгорания
2. Цилиндр
3. Впускной трубопровод
4. Распределительный узел
5. Область впуска, всасывания
6. Общий впускной трубопровод
7. Нагревательное устройство
8. Электрический зажим
9а. Всасываемый воздух
9b. Нагретый воздух
10. Система отвода выхлопных газов
А - Расстояние между нагревательным устройством и распределительным узлом
d - Диаметр цилиндра
mEGR - Масса рециркулированных выхлопных газов
mсвежего воздуха - Масса свежего воздуха
хEGR - Степень рециркуляции выхлопных газов
1. Способ эксплуатации двигателя (1) внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра (2), причем каждый цилиндр (2) имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха (9а, 9b) в цилиндр (2), в котором к каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод (3), впускные трубопроводы (3) по меньшей мере двух цилиндров (2) сливаются с формированием общего впускного трубопровода (6), а в общем впускном трубопроводе (6) предусмотрено нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b), отличающийся тем, что нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b) активируют, когда прекращается подача топлива двигателю (1) внутреннего сгорания.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b) активируют, когда подача топлива двигателю (1) внутреннего сгорания не происходит в течение заранее заданного промежутка времени Δt1.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b), которое имеет электрический привод.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b), которое приводится в действие за счет энергии, выделяемой двигателем (1) внутреннего сгорания в режиме принудительного холостого хода.
5. Двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов, имеющий по меньшей мере одну головку цилиндров и по меньшей мере два цилиндра (2), причем каждый цилиндр (2) имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха (9а, 9b) в цилиндр (2), к каждому впускному отверстию ведет впускной трубопровод (3), впускные трубопроводы (3) по меньшей мере двух цилиндров (2) сливаются с формированием общего впускного трубопровода (6), а в общем впускном трубопроводе (6) предусмотрено нагревательное устройство (7) для нагрева впускного воздуха (9а, 9b).
6. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что впускные трубопроводы (3) по меньшей мере двух цилиндров (2) сливаются с формированием общего впускного трубопровода (6) таким образом, что в месте слияния образуется распределительный узел (4), а нагревательное устройство (7) расположено рядом с распределительным узлом (4), на котором впускные трубопроводы (3) сливаются с формированием общего впускного трубопровода (6), причем расстояние Δ между нагревательным устройством (7) и распределительным узлом (4) меньше, чем диаметр d цилиндра (2).
7. Двигатель внутреннего сгорания по п.6, отличающийся тем, что расстояние Δ между нагревательным устройством (7) и распределительным узлом (4) меньше, чем половина диаметра d цилиндра (2).
8. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что расстояние Δ между нагревательным устройством (7) и распределительным узлом (4) меньше, чем четверть диаметра d цилиндра (2).
9. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что нагревательное устройство (7) содержит по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент, у которого первая узкая сторона поперечного сечения обращена к потоку впускного воздуха (9а, 9b).
10. Двигатель внутреннего сгорания по п.9, в котором по меньшей мере два цилиндра (2) расположены в ряд вдоль продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров, отличающийся тем, что по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент расположен, по существу, горизонтально вдоль линии, параллельной продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров.
11. Двигатель внутреннего сгорания по п.9, в котором по меньшей мере два цилиндра (2) расположены в ряд вдоль продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров, отличающийся тем, что по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент расположен, по существу, вертикально, перпендикулярно линии, параллельной продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров.
12. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что первая узкая торцевая сторона по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента, обращенная в сторону потока впускного воздуха (9а, 9b), выполнена сужающейся.
13. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что поперечное сечение по меньшей мере одного ленточного нагревательного элемента имеет дугообразную форму, а сам по меньшей мере один ленточный нагревательный элемент имеет лопатообразную форму.
14. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что нагревательное устройство (7) имеет по меньше мере два ленточных нагревательных элемента, расположенных на расстоянии друг от друга.
15. Двигатель внутреннего сгорания по п.14, в котором по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента расположены, по существу, вертикально, перпендикулярно линии, параллельной продольной оси по меньшей мере одной головки цилиндров, отличающийся тем, что по меньшей мере два ленточных нагревательных элемента установлены под острым углом друг к другу.
