впускное устройство двигателя внутреннего сгорания с изменяемой длиной каналов

Формула изобретения

1. Впускное устройство ДВС, содержащее полость ресивера и впускные каналы, соединяющие его с ДВС, каждый из которых состоит из первого участка, примыкающего к ДВС, и второго, примыкающего к полости ресивера, при этом участки состыкованы друг с другом посредством клапанного узла, отличающееся тем, что клапанный узел состоит из неподвижной внутренней втулки и ограниченно вращающейся вокруг нее посредством исполнительного механизма наружной втулки, общая ось втулок ориентирована в направлении движения потока воздуха в канале, в каждой из втулок выполнены радиальные отверстия, при этом в одном из крайних положений клапанного узла отверстия внутренней втулки полностью перекрываются сплошной стенкой наружной втулки, а в другом крайнем положении отверстие внутренней и наружной втулок совпадают.

2. Впускное устройство ДВС по п.1, отличающееся тем, что суммарная площадь полностью совмещенных отверстий составляет не менее площади поперечного сечения канала, соединяющего ресивер с двигателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к системам впуска двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) с впрыском топлива в цилиндры.

Применение системы электронного впрыска топлива предоставляет возможность введения в конструкцию ДВС устройств, позволяющих в наиболее полной мере использовать волновые, резонансные и инерционные явления воздушного потока во впускной системе с целью улучшения наполнения цилиндров, повышения эффективной мощности и экономических показателей двигателя. С другой стороны, подавление резонансных пульсаций газа во впускной системе ДВС благоприятно с точки зрения снижения звукового (шумового) излучения в окружающую среду, производимого как выходным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя (аэродинамический шум), так и вибрирующими стенками элементов системы впуска (структурный, корпусной шум).

Так, например, японская фирма "Ямаха Мотор" в заявке №61-244824, F 02 В 27/00, опубл. 31.10.86, для снижения пульсаций и шума предлагает использовать два ресивера, параллельно и последовательно подключенных к трассе впускного трубопровода.

Японская фирма "Хонда Мотор" в заявке №63-219866, F 02 М 35/10, опубл. 13.09.88, предлагает для снижения шума и резонансных пульсаций при всасывании использовать два раздельных воздушных трубопровода, соединяющих воздухоочиститель и ресивер с двумя управляемыми дроссельными заслонками, обеспечивающими закрытие вспомогательного канала на низких оборотах и открытое состояние обоих соединительных трубопроводов на высоких оборотах. Эта же фирма в заявке №61-190159, F 02 М 35/12, опубл. 14.01.87, в целях обеспечения шумоглушения в широком диапазоне частот предлагает соединять с впускной трубой два устройства шумоглушения - 1/4 волновой резонатор тупикового типа и резонансную камеру.

Английской фирмой "Ровер" в заявке Великобритании №22339899, F 02 В 27/02, опубл. 17.07.91, предлагается впускной трубопровод, содержащий кожух, ограничивающий камеру, которая имеет впускное и выпускное отверстия. Спиральные элементы, установленные внутри камеры, синхронно вращаются с помощью вакуумного приводного приспособления, образуя длинные и короткие впускные трубопроводы в зависимости от режимов работы ДВС.

В заявке Германии №3807193, F 02 В 27/02, F 02 D 9/02, опубл. 06.01.89, предлагается впускное устройство, содержащее воздушную камеру по меньшей мере с одним впускным отверстием и выпускным отверстием в цилиндр - впускной трубопровод. Камера поворотно установлена с внутренней стороны дугообразного впускного трубопровода - наружной стенки, так что воздушная камера-стенка зонами одновременно образует впускной трубопровод - внутреннюю стенку. Эффективную длину впускного трубопровода можно изменять поворотом воздушной камеры. При этом воздушная камера установлена относительно впускного трубопровода - внешней стенки с возможностью одновременного изменения эффективного поперечного сечения впускного трубопровода.

Фирма "Мазда" в заявке Японии №60-147531, F 02 В 27/02, опубл. 03.08.85, предлагает техническое решение регулирования длины впускных каналов. Согласно описанию имеется впускная система ДВС, где вокруг наружной стенки ресивера образован канал, соединяющий впускной канал с ресивером, а на соединении этого канала с ресивером предусмотрен элемент, соединяющий ресивер с впускным каналом и позволяющий таким образом регулировать суммарную длину канала для повышения крутящего момента ДВС. При этом регулирующий элемент выполнен в виде вращающейся заслонки, ось которой расположена поперек канала. К недостаткам этого решения можно отнести высокое гидравлическое сопротивление при сообщении короткого канала с ресивером из-за достаточно резкого изменения направления движения воздуха, а также большие нагрузки на клапан при переключении с длинного канала на короткий из-за инерции потока воздуха.

Аналогичное техническое решение защищено фирмой "Ровер" патентом США №4932369, F 02 В 27/02, опубл. 28.02.90, где роль клапана выполняет золотниковое устройство, расположенное между участками первой и второй длинны, ось вращения которого расположена поперечно впускному каналу. При этом в зависимости от угла поворота клапана включается длинный или короткий каналы. Недостатками конструкции можно назвать большой угол поворота золотника для переключения длины каналов, что приводит к сложности исполнительного механизма и высокой инерционности срабатывания.

Данное техническое решение принято за прототип.

Изобретение направлено на решение задачи повышения крутящего момента и мощности ДВС.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в снижении гидравлического сопротивления и уровня акустических излучений системы впуска ДВС в режиме максимальной мощности.

Технический результат достигается следующим образом.

Во впускном устройстве ДВС, содержащем полость ресивера и впускные каналы, соединяющие его с ДВС, каждый из которых состоит из первого участка, примыкающего к ДВС, и второго, примыкающего к полости ресивера, при этом участки состыкованы друг с другом посредством клапанного узла. Согласно изобретению, клапанный узел состоит из неподвижной внутренней втулки и ограниченно вращающейся вокруг нее посредством исполнительного механизма наружной втулки, общая ось втулок ориентирована в направлении движения потока воздуха в канале, в каждой из втулок выполнены радиальные отверстия, при этом в одном из крайних положений клапанного узла отверстия внутренней втулки полностью перекрываются сплошной стенкой наружной втулки, а в другом крайнем положении отверстие внутренней и наружной втулок совпадают. Суммарная площадь полностью совмещенных отверстий составляет не менее площади поперечного сечения канала, соединяющего ресивер с двигателем.

На чертеже представлен общий вид системы впуска.

Получение заданного технического результата при осуществлении изобретения достигается тем, что впускная система ДВС содержит полость ресивера 3 и впускные каналы, соединяющие ее с ДВС, каждый из которых состоит из первого участка 1, примыкающего к ДВС, и второго участка 2, примыкающего к полости ресивера. Участки 1 и 2 состыкованы друг с другом посредством клапанного узла 4, который соединяет или разъединяет полость ресивера с впускными каналами, включая таким образом длинный или короткий канал для повышения крутящего момента ДВС в зависимости от режимов его работы.

Клапанный узел 4 состоит из неподвижной внутренней втулки 5 и вращающейся вокруг нее посредством исполнительного механизма 7 наружной втулки 6. Общая ось втулок приблизительно ориентирована в направлении движения потока воздуха в канале. В каждой втулке имеются радиальные отверстия, которые при первом угловом положении наружной втулки соединяются, сообщая при этом полость ресивера с коротким каналом 1, а при втором угловом положении замыкаются поверхностями втулок, не имеющими отверстий, и таким образом соединяя каналы 1 и 2 в один канал увеличения длины. Короткий канал при этом соответствует высокой скорости вращения коленчатого вала ДВС и позволяет повысить максимальную мощность из-за низких гидравлических сопротивлений, а длинный включается на низкой скорости и позволяет, благодаря инерционному эффекту, поднять крутящий момент. Суммарная площадь совмещенных радиальных отверстий в первом угловом положении превышает площадь поперечного сечения канала 1.

Устройство, полученное с использованием предлагаемого изобретения, имеет ряд существенных преимуществ перед аналогичными техническими решениями.

Первым преимуществом предлагаемого решения является сниженное гидравлическое сопротивление в режиме максимальной мощности, когда работает короткий канал, за счет большой площади равномерно расположенных отверстий наружной и внутренней втулок. Мощность ДВС при этом возрастает.

Другим преимуществом является относительно небольшое угловое перемещение клапана от первого до второго углового положения, что снижает инерционность переключения и способствует плавному протеканию характеристики крутящего момента в момент переключения.

Следующим преимуществом является наличие группы отверстий между каналом и ресивером, которые, являясь дросселем, сглаживают пульсации и способствуют снижению уровня акустических излучений в режиме максимальной мощности.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной формуле изобретения. Т.е. совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в машиностроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Использование данного изобретения позволит повысить потребительские качества, в частности, автомобиля, за счет улучшения динамических характеристик двигателя ДВС, а также улучшения общего акустического комфорта.