Поршневой двигатель внутреннего сгорания с устройством для увеличения его крутящего момента - RU2755570C2
Код документа: RU2755570C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к поршневому двигателю внутреннего сгорания с признаками п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Поршневые двигатели внутреннего сгорания поршневой конструкции, у которых воздух для горения может вводиться в цилиндр посредством расположенного в головке цилиндра впускного клапана, что соответствует принципиальной компоновке поршневых двигателей внутреннего сгорания, и которые дополнительно содержат устройство для увеличения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания в форме дополнительного аккумулятора для сжатого воздуха, из которого дополнительный воздух для горения посредством имеющегося в расположенном в головке цилиндра впускном трубопроводе впускном клапане также может подаваться к цилиндру, в принципе известны. Поданный из дополнительного резервуара для сжатого воздуха к цилиндру дополнительный воздух для горения, в соответствии с известными устройствами, подаётся в цилиндр либо напрямую через головку цилиндра и расположенный там дополнительный впускной клапан для воздуха, либо по впускному трубопроводу перед впускным клапаном в головке цилиндра.
В соответствии с DE 11 2007 000 944 Т5 нагнетание дополнительного воздуха для горения осуществляется во время хода сжатия, и притом, в частности, в начале хода компрессии. Дополнительный воздух для горения удерживается в резервуаре для сжатого воздуха под давлением примерно 200 бар. Таким образом, возможно оказывать положительное воздействие на эмиссию, а у многоцилиндровых машин также на весь рабочий режим двигателя внутреннего сгорания. Разумеется, для таких высоких давлений в резервуаре для сжатого воздуха необходима существенная часть дополнительной энергии, для удержания достаточно большой массы воздуха под таким относительно большим давлением.
В DE 10 2010 033 591 описан двигатель внутреннего сгорания с улучшенными пусковыми качествами холодного двигателя, у которого после всасывания или подачи горючей топливовоздушной смеси в цилиндр собственно перед процессом зажигания эта смесь спрессовывается, а затем дополнительно сжатый воздух из аккумулятора для воздуха вводится в цилиндр. Благодаря этому, пусковые качества холодного двигателя такого двигателя внутреннего сгорания могут быть улучшены, причём подача дополнительного сжатого воздуха предусмотрена лишь для целей холодного старта.
Чтобы иметь возможность оказывать положительное воздействие на эмиссию и мощность двигателя внутреннего сгорания, в RU 2 435 065 С2 описано устройство, у которого предусмотрен дополнительный впуск для воздуха в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, через который сжатый воздух из аккумулятора для сжатого воздуха по окончании процесса воспламенения нагнетается в цилиндр, чтобы за счёт дополнительного кислорода улучшить характеристику горения и, тем самым, мощность двигателя.
В DE 10 2004 047 975 А1 описано, что дополнительный воздух в виде сжатого воздуха из аккумулятора для воздуха с заданным тактом во время фазы наддува подаётся к цилиндру, причём в качестве резервуара для воздуха используется резервуар для сжатого воздуха тормозной системы с пневматическим приводом. Посредством наддува с заданным тактом дополнительного воздуха, который в плане количества и длительности наддува отрегулирован на рабочие параметры двигателя внутреннего сгорания, общие эксплуатационные свойства двигателя внутреннего сгорания могут быть улучшены. Дополнительный воздух подаётся при этом к всасывающему трубопроводу во время фазы наддува, в результате чего для каждого соответствующего такта всасывания в распоряжение должно быть представлено относительно большое количество воздуха из резервуара для воздуха.
Далее в DE 10 2012 014 204 В4, а также в DE 10 2012 014 205 В3 описан двигатель внутреннего сгорания, у которого к цилиндру подаётся дополнительный воздух для горения из дополнительно предусмотренного резервуара для воздуха к разделённому на два ответвления всасывающему каналу посредством выполненного с возможностью управления запорного элемента, для изменения проточного поперечного сечения одного из двух отводов канала. Резервуар для воздуха при этом по ходу расположения выполненного с возможностью управления запорного элемента присоединён к соответствующему отводу канала, так что лишь объём в отводе канала, а не объём обоих всасывающих отводов канала, должен оказываться под воздействием находящегося под давлением дополнительного воздуха для горения. Разделение всасывающего канала на отводы является, однако, достаточно сложным мероприятием и увеличивает затраты на такой известный двигатель внутреннего сгорания.
Далее в DE 10 2008 000 326 А1 описан двигатель внутреннего сгорания с наддувом, у которого предусмотрено дополнительное устройство для наддува дополнительного сжатого воздуха между предусмотренным турбонагнетателем, т.е. компрессором турбонагнетателя, и впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания, во время такта всасывания воздуха. Дополнительный сжатый воздух подаётся во время такта всасывания не непрерывно, а лишь тогда, когда это, в зависимости от текущего рабочего состояния транспортного средства, с учётом безопасности водителя, расхода топлива и комфортности езды, а также износа муфты, приводит к предпочтительным эксплуатационным свойствам транспортного средства. При данном известном способе во время такта всасывания также должно быть подано сравнительно большое количество дополнительного сжатого воздуха, так как при этом речь идёт об относительно большом объёме, что приводит к быстрому расходу воздуха для горения, накопленного в дополнительном аккумуляторе для сжатого воздуха.
В DE 102 24 719 В4 описан двигатель внутреннего сгорания, у которого также предусмотрен аккумулятор давления, из которого посредством блока управления двигателем регулируется работа клапанов, чтобы с заданным тактом во время такта всасывания двигателя внутреннего сгорания подавать дополнительный воздух для горения. При этом вариант подачи находящегося под давлением дополнительного воздуха для горения во время всего впускного такта, ввиду объёма всасывающего такта, рассматривается как неблагоприятный, так как для этого понадобилась бы довольно объёмная напорная ёмкость. Для минимизации данной проблемы останавливаются, однако, на дополнительном меньшем по размерам всасывающем трубопроводе, по которому дополнительный воздух для горения подаётся собственно во всасывающий тракт прямо перед впуском в цилиндр. Аккумулятор давления присоединён к этому дополнительному трубопроводу всасывающего тракта. Вследствие этого, усложняется вся необходимая для двигателя внутреннего сгорания трубопроводная система, что противоречит требованию в отношении высокой степени компактности такого двигателя внутреннего сгорания, к примеру, в легковом автомобиле и дополнительно усложняет конструкцию, а, тем самым, дополнительно повышает затраты на такой двигатель внутреннего сгорания.
Кроме того, из DE 39 06 312 С1 известен вспомогательный метод ускорения для двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Вспомогательный метод ускорения состоит в том, что предусмотрен дополнительный резервуар для сжатого воздуха, из которого воздух для горения под давлением нагнетается в соответствующий цилиндр. Значение давления в этом резервуаре для сжатого воздуха лежит в пределах 5 бар, причём наддув воздуха осуществляется с заданным тактом таким образом, что, к примеру, при нажатии педали газа не сразу дополнительное горючее подаётся в цилиндр, а сначала происходит нагнетание дополнительного воздуха и лишь затем количество горючего увеличивается. Для этого предусмотрен автоматический клапан для обеспечения всасывающей трубы двигателя внутреннего сгорания вспомогательным наддувочным воздухом. Дополнительно имеющийся автоматический клапан расположен при этом на входе во впускной воздухосборный трубопровод, однако, не вблизи соответствующего цилиндра, так что для повышения давления во впускном сборном трубопроводе необходим сравнительно большой объём воздуха.
В DE 0 2008 000 324 А1 также описан двигатель внутреннего сгорания с устройством для наддува дополнительного сжатого воздуха в тракт всасывания воздуха между турбонагнетателем, т.е. компрессором турбонагнетателя, и непосредственным впуском в зоне впускного клапана в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Дополнительно закаченный в тракт всасывания воздуха сжатый воздух в отношении момента времени, длительности, давления и/или объёма отрегулирован в зависимости от требуемой мощности двигателя внутреннего сгорания, уровня его нагрузки, скорости транспортного средства и срабатываний для изменения передаточного отношения приводного механизма. Сжатый воздух нагнетается во всасывающий трубопровод, так что необходимо сравнительно большое количество воздуха. В случае необходимости длительность нагнетания воздуха регулируется в зависимости от положения дроссельной заслонки.
И, наконец, из US 3 673 796 известен двигатель внутреннего сгорания с системой для впуска воздуха двигателя с турбонаддувом, у которого между компрессором работающего на отработавших газах турбонагнетателя и впуском в цилиндр предусмотрена дроссельная заслонка, посредством которой должна быть реализована, так сказать, определённая герметизация всасывающего трубопровода в направлении компрессора работающего на отработавших газах турбонагнетателя. Так как эта заслонка находится вблизи компрессора, то имеющийся между заслонкой и впускным клапаном объём всасывающего тракта остаётся всё еще довольно большим, так что такое устройство требует объёмной напорной ёмкости для дополнительного подаваемого в распоряжение воздуха для горения.
Раскрытие изобретения
В отличие от известных устройств, задача изобретения состоит в создании двигателя внутреннего сгорания поршневой конструкции с повышенным крутящим моментом, который имеет простую конструкцию, обеспечивает надёжное снабжение цилиндра дополнительным воздухом для горения, причём двигатель внутреннего сгорания имеет, тем не менее, высокую степень компактности и по своим габаритам должен занимать, в крайнем случае, немного больше места.
Эта задача решается в поршневом двигателе внутреннего сгорания конструкции признаками п.1 формулы изобретения. Целесообразные варианты усовершенствования определены в последующих зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением поршневой двигатель внутреннего сгорания конструкции имеет, по меньшей мере, один расположенный в головке цилиндра впускной клапан, к которому подсоединён впускной трубопровод. По впускному трубопроводу воздух для горения подаётся к цилиндру. У двигателя без наддува воздух для горения нагнетается через впускной трубопровод, в то время как у двигателя с наддувом воздух для горения подаётся к цилиндру посредством элемента наддува, зачастую в форме приводимого в действие посредством работающей на отработавших газах турбины компрессора. Дополнительно предусмотрен аккумулятор для сжатого воздуха, который через выполненный с возможностью управления клапан присоединён к, по меньшей мере, одной части впускного трубопровода. Чтобы сжатый воздух, который из аккумулятора для сжатого воздуха подаётся к впускному трубопроводу и, таким образом, через впускной трубопровод к цилиндру, не заполнил весь бóльшой объём впускного трубопровода, во впускном трубопроводе предусмотрен запорный элемент, посредством которого проточное поперечное сечение впускного трубопровода может быть перекрыто. Благодаря этому, объём впускного трубопровода, в который подаётся сжатый воздух из аккумулятора для сжатого воздуха, по сравнению со всем впускным трубопроводом, существенно уменьшается. За счёт сжатого воздуха из аккумулятора для сжатого воздуха, по меньшей мере, в одной части впускного трубопровода преобладающее там давление оказывается выше того, которое имеется иначе, к примеру, за счёт функционирующего в качестве элемента наддува компрессора работающего на отработавших газах турбонагнетателя. Это повышенное за счёт дополнительно поданного сжатого воздуха давление во впускном трубопроводе приводит к повышению плотности наддувочного воздуха и, тем самым, к повышенной потребности в кислороде в камере сгорания цилиндра.
Клапан, посредством которого сжатый воздух подаётся из аккумулятора для сжатого воздуха, выполнен с возможностью управления таким образом, что от устройства управления на базе управляющего сигнала сжатый воздух подаётся из аккумулятора для сжатого воздуха в зону впускного трубопровода, в которой расположен впускной клапан. Это означает, что сжатый воздух проводится из аккумулятора для сжатого воздуха максимально близко к цилиндру. Запорный элемент расположен при этом таким образом, что зона впускного трубопровода, в которую проводится сжатый воздух из аккумулятора для сжатого воздуха, при закрытом запорном элементе, т.е. при перекрытом проточном поперечном сечении впускного трубопровода, ограничен в головке цилиндра, в основном, лишь частично. Запорный элемент находится, таким образом, на максимально небольшом расстоянии от впускного клапана. В предпочтительном варианте запорный элемент расположен на месте впускного трубопровода, на котором впускной трубопровод сам подсоединён к головке цилиндра. Обычно перемещение запорного элемента регулируется посредством элемента управления, в предпочтительном варианте расположенного на кулачковом валу кулачка. В соответствии с изобретением форма кулачка согласована таким образом, что впускной клапан во время хода компрессии кратковременно повторно может быть переведён в открытое положение, при котором дополнительно используемый в качестве воздуха для горения сжатый воздух из аккумулятора для сжатого воздуха посредством выполненного с возможностью управления клапана может вводиться в цилиндр, а запорный элемент находится в своём перекрывающем проточное поперечное сечение впускного трубопровода, закрытом положении.
Посредством дополнительного запорного элемента добиваются того, что дополнительный сжатый воздух из аккумулятора для сжатого воздуха вводится лишь в относительно небольшой объём впускного трубопровода, так что удерживаемый в аккумуляторе сжатый воздух может использоваться для максимально большого количества процессов сгорания в цилиндре. Уменьшенное или сокращённое пространство обеспечивает для сжатого воздуха, в качестве сжимаемой среды, также и быстрое по времени введение его в цилиндр и, вследствие этого, благоприятно воздействует на процесс наполнения цилиндра. Запорный элемент и клапан, соответственно, в согласовании друг с другом, регулируются при этом посредством устройства управления. Запорный элемент может при этом в предпочтительном варианте регулироваться активным образом, однако, может также, по меньшей мере, частично регулироваться посредством кинетической энергии подаваемого воздуха для горения.
В предпочтительном варианте запорным элементом является выполненный с возможностью перемещения между двумя положениями откидной клапан с пневматическим управлением. Такой откидной клапан при открытом выполненном с возможностью управления клапане за счёт кинетической энергии воздуха для горения или сжатого воздуха выполнен с возможностью перемещения из аккумулятора для воздуха с более высоким, по сравнению с имеющимся иначе во впускном трубопроводе давлением, в положение, перекрывающее впускной трубопровод. Когда запорный элемент оказывается перемещён в это перекрывающее проточное поперечное сечение впускного трубопровода положение, из-за поданного при открытом клапане сжатого воздуха запорный элемент удерживается в закрытом положении до тех пор, пока подача дополнительного сжатого воздуха в перекрытую часть впускного трубопровода не прекратится, вследствие чего с началом последующего такта впуска или нагнетания кинетическая энергия воздуха для горения снова переместит откидной клапан в освобождающее впускной трубопровод открытое положение. Если кинетической энергии воздуха для горения не хватает, то может быть предусмотрено перемещение, в частности, поворот запорного элемента дополнительно посредством активного устройства управления между его открытым и его закрытым положением.
В предпочтительном варианте такой исполнительный элемент выполнен с возможностью приведения в действие посредством электрического привода, магнитного привода или посредством комбинации, по меньшей мере, двух этих видов привода.
В предпочтительном варианте впускной клапан регулируется на базе своего в предпочтительном варианте управляемого кулачком привода, в зависимости от перемещения откидного клапана, и притом таким образом, что он открывается лишь после того, как откидной клапан переместится в своё закрытое положение, а закрывается, прежде чем откидной клапан снова переместится в своё открытое положение.
В предпочтительном варианте управляющий впускным клапаном кулачок на кулачковом валу имеет дополнительную наклонную поверхность для открывания, при помощи которой впускной клапан во время хода компрессии снова открывается. Открытие впускного клапана отрегулировано при этом, разумеется, таким образом, что открытие происходит лишь во время такой фазы хода компрессии, когда давление в цилиндре меньше, чем давление сжатого воздуха в аккумуляторе для сжатого воздуха.
Однако, возможно также, чтобы для управления впускным клапаном для повторного открывания был предусмотрен дополнительный кулачок на кулачковом валу. В предпочтительном варианте этот кулачок может быть осуществлён также в виде конического кулачка, так что, в зависимости от соответствующей нагрузки двигателя, моменты открывания и закрывания впускного клапана для повторного открывания во время хода компрессии могут изменяться.
В предпочтительном варианте дополнительный сжатый воздух в аккумуляторе для сжатого воздуха имеет давление в пределах от 10 до 15 бар, однако, может иметь и бóльшие значения, в частности, в пределах от 10 до 30 бар.
Расположенный между осуществлённым в виде откидного клапана запорным элементом и впускным клапаном клапан для регулирования сжатого воздуха в зоне впускного трубопровода непосредственно перед впускным клапаном выполнен с возможностью управления предпочтительно таким образом, что сжатый воздух может подаваться во впускной трубопровод в зависимости от рабочих параметров двигателя, к примеру, от нагрузки двигателя.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается поршневой двигатель внутреннего сгорания также с, по меньшей мере, одним расположенным в головке цилиндра впускным клапаном, к которому подсоединён впускной резервуар. Через впускной резервуар воздух для горения подаётся к цилиндру, и притом от аккумулятора для сжатого воздуха, который подсоединён непосредственно к впускному резервуару через выполненный с возможностью управления клапан. Впускной резервуар осуществлён при этом в объёме, который меньше, чем обычно имеющийся объём всего впускного трубопровода, который у традиционных двигателей внутреннего сгорания, всё же, достаточно велик, чтобы к соответствующему цилиндру могло быть подано достаточное количество воздуха для горения, и притом, в зависимости от уровня нагрузки двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с изобретением клапан выполнен с возможностью управления таким образом, что на базе управляющего сигнала воздух для горения из аккумулятора для сжатого воздуха может подаваться в зону впускного резервуара в головке цилиндра, в которой расположен впускной клапан. Т.е. клапан расположен в головке цилиндра в непосредственной близости к впускному клапану, однако, не располагается именно в самой головке цилиндра. При таком расположении возможно использование традиционных конструкций головок цилиндра и оснащение имеющихся двигателей, в случае необходимости, такой конструкцией с подачей воздуха для горения из аккумулятора для сжатого воздуха, без необходимости создания полностью новой конструкции двигателя. Впускной клапан посредством управляющего элемента, предпочтительно кулачка предпочтительно кулачкового вала, регулируется в отношении требуемого перемещения, причём управляющий элемент осуществлён таким образом, что впускной клапан во время хода компрессии двигателя внутреннего сгорания может снова переводиться в положение открытия, во время которого ещё раз воздух для горения из аккумулятора давления посредством выполненного с возможностью управления клапана может вводиться в цилиндр, и перед окончанием хода компрессии снова закрываться, так что преобладающее в цилиндре давление еще не превысит преобладающего в аккумуляторе для сжатого воздуха давления.
Двигатель внутреннего сгорания описан на примере системы клапанного газораспределения посредством кулачкового вала. Система клапанного газораспределения не ограничена, однако, использованием кулачковых валов. Более того, возможны также и другие системы клапанного газораспределения, к примеру, электрические, электромагнитные или гидравлические.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества, детали и варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением детально поясняются далее со ссылкой на чертежи, на которых представлены:
фиг.1 принципиальное поперечное сечение цилиндра двигателя внутреннего сгорания с выполненным с возможностью управления клапаном во впускном трубопроводе для подачи дополнительного сжатого воздуха из аккумулятора для сжатого воздуха в соответствии с изобретением,
фиг.2 вид в соответствии с фиг.1, при котором впускной клапан и выпускной клапан на фазе перекрытия клапанов, а также выполненный с возможностью управления клапан для подачи сжатого воздуха из аккумулятора для сжатого воздуха представлены в своём открытом положении,
фиг.3 вид в соответствии с фиг.1, при котором повторное открытие впускного клапана для подачи сжатого воздуха из аккумулятора для сжатого воздуха представлено при перекрытом впускном трубопроводе,
фиг.4 принципиальная схема заполняемого посредством работающего на отработавших газах турбонагнетателя двигателя внутреннего сгорания, с дополнительным аккумулятором для сжатого воздуха, для подачи используемого в качестве дополнительного воздуха для горения сжатого воздуха во впускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания,
фиг.5 зона впускного трубопровода двигателя внутреннего сгорания непосредственно перед впускным клапаном при открытом запорном элементе, для подачи воздуха для горения по впускному трубопроводу к впускному клапану,
фиг.6 участок головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания с закрытым впускным клапаном и изображённым притоком воздуха для горения от системы наддува двигателя внутреннего сгорания или сжатого воздуха из аккумулятора для сжатого воздуха, и
фиг.7 принципиальный вид поперечного сечения двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением, при котором весь воздух для горения из аккумулятора для сжатого воздуха подаётся к цилиндру или к камере сгорания.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показано в принципиальном изображении поперечное сечение цилиндра 2 с головкой 1 цилиндра и обозначенным поршнем 12 в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с впускным клапаном 3 и выпускным клапаном 10, а также с впрыскивающим соплом 11 в головке 1 цилиндра. Впускной клапан 3 представлен в своём герметизирующем камеру 15 сгорания цилиндра 2 относительно впускного трубопровода 4 положении. Выпускной клапан 10 также представлен в своём герметизирующем выпускной трубопровод 17 относительно камеры 15 сгорания цилиндра 2 положении. Обычно поршень 12, который осуществлён в виде плунжера и посредством шатуна 13 присоединён к поршневому пальцу 14, перемещается между нижним и верхним мёртвыми положениями. Это перемещение показано посредством изображённой в поршне 12 двойной стрелки. Во впускном трубопроводе 4 расположен выполненный с возможностью управления клапан 7, который посредством трубопровода соединён с расположенным на нём запорным клапаном 18 с не изображённым на фиг.1 аккумулятором для сжатого воздуха. Выполненный с возможностью управления клапан 7 представлен на фиг.1 в своём закрытом положении.
Изображённая во впускном трубопроводе 4 стрелка отображает подаваемый от системы наддува во впускной трубопровод 4 воздух 5 для горения. Вследствие кинетической энергии воздуха 5 для горения запорный элемент 8 в форме откидного клапана из представленного на фиг.1, закрывающего поперечное сечение впускного трубопровода 4, положения перемещается в представленное пунктирной линией открывающее положение. В зависимости от кинетической энергии проходящего во впускной трубопровод воздуха 5 для горения, этот откидной клапан может также, в основном, полностью освобождая поперечное сечение впускного трубопровода 4, полностью открываться.
На фиг.1 поршень 12 представлен во время своего рабочего хода, при котором впускной клапан 3 и выпускной клапан 10 закрыты. Во время рабочего хода предварительно поданный через впрыскивающее сопло 11 горючий материал воспламеняется, так что поршень 12 может осуществлять свой рабочий ход и при этом перемещаться из верхней мёртвой точки в направлении нижней мёртвой точки.
На фиг.2 представлено принципиальное изображение цилиндра 2 с головкой 1 цилиндра двигателя внутреннего сгорания в соответствии с фиг.1, на котором поршень 12 немного переместился из нижней мёртвой точки в направлении верхней мёртвой точки, причём начало хода компрессии характеризуется фазой перекрытия клапана, при которой впускной клапан 3 открыт, а выпускной клапан 10 ещё открыт. Поэтому, воздух 5 для горения проходит из впускного трубопровода 4 в камеру 15 сгорания, для поддержания выхода сгоревшего воздуха через открытый выпускной клапан 10 в выпускной трубопровод 17 в качестве отработавшего газа 16 из камеры 15 сгорания, для обеспечения возможности реализации максимально полного удаления сгоревших газов из камеры 15 сгорания.
Для одинаковых конструктивных элементов и деталей используются одинаковые ссылочные позиции, так что их значение не будет в каждом случае повторяться. При открытом запорном клапане 18 сжатый воздух 9 из не изображённого аккумулятора для сжатого воздуха посредством клапана 7 подаётся в зону впускного трубопровода 4 непосредственно перед впускным клапаном 3. Давление в аккумуляторе для сжатого воздуха, как правило, явно выше создаваемого наддувочным элементом во впускном трубопроводе 4 давления воздуха 5 для горения. Поэтому, если сжатый воздух 9 посредством клапана 7 подаётся в зону впускного трубопровода 4 непосредственно перед впускным клапаном 3, то запорный элемент 8 закрывается, и притом также против действия кинетической энергии подаваемого воздуха 5 для горения. За счёт этого дополнительного сжатого воздуха 9 достигается, таким образом, незначительный эффект наддува цилиндра или камеры 15 сгорания. Управление впускным клапаном 3, клапаном 7 и выпускным клапаном 10 при этом таким образом согласованы друг с другом, что при наличии этого эффекта наддува не происходит утечки дополнительно поданного под высоким давлением во впускной трубопровод 4 и проведённого посредством впускного клапана 3 в камеру 15 сгорания сжатого воздуха через выпускной клапан 10. Выпускной клапан 10, таким образом, для усиленной подачи в цилиндр 2 свежего воздуха своевременно закрывается и притом прежде, чем впускной клапан 3 снова закроется.
Преимущество такой системы состоит в том, что, к примеру, при выходе из строя наддувочного элемента в предпочтительном варианте активно приводимый в действие запорный элемент 8 в своём закрытом положении способствует тому, что пополняемый сжатым воздухом из аккумулятора для сжатого воздуха объём этой находящейся вблизи впускного клапана 3 части впускного трубопровода 4 лишь для наполнения цилиндра воздухом для горения в качестве сжатого воздуха 9 из аккумулятора для сжатого воздуха может удерживаться на относительно небольшом уровне.
Особо предпочтительным этот вариант осуществления в соответствии с изобретением является также тогда, когда при работающем наддувном элементе, тем не менее, для обеспечения желаемого эффекта наддува сжатый воздух 9 из аккумулятора 6 для сжатого воздуха (см. фиг.4) посредством клапана 7 дополнительно подаётся во впускной трубопровод 4 и, таким образом, в цилиндр 2, т.е. в камеру 15 сгорания. Управление клапаном 7 может осуществляться при этом в зависимости от соответствующего соотношения нагрузок в двигателе внутреннего сгорания.
На фиг.3 представлено изображение также в соответствии с фиг.1 двигателя внутреннего сгорания, т.е. его цилиндра 2 и головки 1 цилиндра, у которого фаза начинающейся компрессии, т.е. движения поршня 12 верх от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке, осуществлена и реализована настолько, что выпускной клапан 10 уже закрыт, а значение давления в камере 15 сгорания еще находится ниже того значения давления, которое имеет место в аккумуляторе 6 для сжатого воздуха. В этом состоянии впускной клапан 3, после того, как он уже для нормального наполнения камеры 15 сгорания оказывается заполнен свежим воздухом сверх поданного от наддувочного элемента воздуха 5 для горения, кратковременно снова открывается, причём это кратковременное положение открытия представлено на фиг.3, так что при одновременно открытом клапане 7 и закрытом запорном элементе 8 дополнительно сжатый воздух 9 по типу эффекта наддува может быть подан от аккумулятора 6 для сжатого воздуха в цилиндр 2. Дополнительный сжатый воздух 9 способствует увеличению имеющейся для сгорания доли кислорода, так что при соответствующем согласованном объёме впрыскиваемого топлива крутящий момент и, тем самым, мощность двигателя внутреннего сгорания, могут быть повышены.
На фиг.4 в принципиальном изображении представлена система двигателя внутреннего сгорания с работающим на отработавших газах турбонагнетателем 19, 20 и охладителем 21 наддувочного воздуха, а также дополнительно имеющимся аккумулятором 6 для сжатого воздуха для наддува цилиндра 2 двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением. При этом посредством компрессора 19 состоящего из этого компрессора 19 и работающей на отработавших газах турбины 20 работающего на отработавших газах турбонагнетателя закачивается свежий воздух в качестве воздуха 5 для горения, сжимается в компрессоре 19 и посредством расположенного во впускном трубопроводе 4 охладителя 21 наддувочного воздуха, для повышения плотности воздуха 5 для горения, охлаждается противотоком. Воздух 5 для горения проходит затем по запорному элементу 8 далее в направлении не изображённого впускного клапана в камеру 15 сгорания цилиндра 2, которая в направлении вниз ограничивается поршнем 12, который посредством шарнирно присоединённого к поршневому пальцу 14 шатуна 13 соединён с не изображённым коленчатым валом. Дополнительно представлен аккумулятор 6 для сжатого воздуха, который по промежуточному трубопроводу через запорный клапан 18 присоединён к впускному трубопроводу 4. Устройство 22 управления регулирует работу выполненного с возможностью управления клапана 7 и запорного элемента 8 таким образом, что либо дополнительный свежий воздух 9 из аккумулятора 6 для сжатого воздуха может быть подан во впускной трубопровод 4 и, тем самым, в цилиндр в камеру 15 сгорания в качестве эффекта наддува, так что крутящий момент двигателя внутреннего сгорания при соответствующем повышенном количестве вспрыснутого топлива может быть повышен, либо весь воздух для горения из аккумулятора 6 для сжатого воздуха подаётся к цилиндру 2, если запорный элемент 8 закрывает поперечное сечение впускного трубопровода 4. Последний вариант может быть использован, прежде всего, тогда, когда, к примеру, работающий на отработавших газах турбонагнетатель 19, 20 не функционирует, что, вследствие аварии, вполне может иметь место при выходе из строя, к примеру, компрессора 19. В таком случае работающая на отработавших газах турбина, тем не менее, может функционировать и энергия от неё, к примеру, посредством не изображённого дополнительного компрессора может быть использована для питания аккумулятора 6 для сжатого воздуха. Устройство 22 управления регулирует, таким образом, работу выполненного с возможностью регулировки клапана 7 и запорного элемента 8 в зависимости друг от друга и в зависимости от требуемой или желаемой мощности двигателя внутреннего сгорания.
На принципиальном виде на фиг.5 показана зона впускного трубопровода 4, которая располагается непосредственно около впускного клапана 3, который представлен лишь тарелкой клапана. Непосредственно перед впускным клапаном 3 расположен запорный элемент 8, который на представленном на фиг.5 изображении располагается в своём освобождающем поперечное сечение впускного трубопровода 4, открытом положении. В этом положении воздух для горения, который подаётся, к примеру, от наддувочного элемента, посредством впускного трубопровода 4 и впускного клапана 3 подаётся в цилиндр, для наполнения камеры сгорания свежим воздухом. Запорный элемент 8 может быть осуществлён, к примеру, таким образом, что кинетическая энергия подаваемого воздуха для горения отклоняет осуществлённый в форме откидного клапана запорный элемент 8 и, таким образом, освобождает поперечное сечение потока для воздуха для горения в направлении цилиндра.
В соответствии с изобретением в зоне впускного клапана 3 дополнительно посредством выполненного с возможностью управления клапана 7 сжатый воздух 9 подаётся из аккумулятора 6 для сжатого воздуха. Для удобства этот выполненный с возможностью управления клапан 7 на фиг.5 не показан. Давление в аккумуляторе 6 для сжатого воздуха в любом случае выше, чем создаваемое наддувочным элементом во впускном трубопроводе 4 давление воздуха для горения. Благодаря этому, при открытом выполненном с возможностью управления клапане 7 запорный элемент 8 также, в противодействие кинетической энергии подаваемого воздуха 5 для горения, поворачивается в своё закрытое положение, в котором поперечное сечение для открытия впускного трубопровода 4, в основном, полностью закрывается. Однако, возможно также, чтобы запорный элемент 8 мог активным образом приводиться в действие посредством исполнительного элемента 27. Если исполнительный элемент 27 осуществил перемещение запорного элемента 8 в его закрытое положение или если повышенное давление сжатого воздуха 9 из аккумулятора 6 для сжатого воздуха обеспечило поворот запорного элемента 8 в его закрытое положение, то либо цилиндр 2 может быть полностью заполнен сжатым воздухом 9 из аккумулятора 6 для сжатого воздуха, либо во время фазы компрессии поршня 12 может быть реализована дополнительная подача сжатого воздуха 9 в цилиндр 2 при вновь открытом впускном клапане 3, для создания эффекта наддува.
Фиг.6 демонстрирует впускной клапан 3 в головке 1 цилиндра с подаваемым от впускного трубопровода 4 воздухом 5 для горения или с подаваемым из аккумулятора 6 для сжатого воздуха (не изображён) сжатым воздухом 9. На фиг.6 изображён лишь изгиб последней части впускного трубопровода 4, т.е. зоны, которая ведёт непосредственно к впускному клапану 3. В соответствии с изобретением к этому впускному изгибу в головке 1 цилиндра также непосредственно может быть подсоединён резервуар 6 для сжатого воздуха, который предоставляет в распоряжение весь воздух для горения для процесса сгорания в цилиндре 2 двигателя внутреннего сгорания.
На фиг.7 представлен такой пример осуществления на принципиальном изображении в разрезе для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением. Обычно герметизирующий камеру 15 сгорания в направлении вниз поршень 12 изображён со своим поршневым пальцем 14, причём в головке цилиндра, которая закрывает камеру 15 сгорания в направлении вверх, как впускной клапан 3, так и выпускной клапан 10 изображены, соответственно, в закрытом положении. Через выпускной трубопровод 17 при открытом выпускном клапане 10 по окончании рабочего хода сгоревший отработавший газ может покинуть цилиндр 2. Это отображено стрелкой 16. Непосредственно гранича с зоной впускного клапана 3 изображён аккумулятор 6 для сжатого воздуха, который снабжает впускной резервуар 25 непосредственно перед впускным клапаном 3 сжатым воздухом 9. Поэтому, при открытом впускном клапане 3 сжатый воздух 9 может быть введён в цилиндр 2 двигателя внутреннего сгорания. Это может быть реализовано во время общего газообмена, а также во время фазы наддува при вновь открытом впускном клапане 2 во время хода компрессии. Впускной клапан 3 управляется посредством кулачка 24, который располагается на не изображённом кулачковом валу. Этот кулачок имеет дополнительно наклонную поверхность для открывания, при помощи которой реализуется повторное открывание во время фазы компрессии. В принципе, однако, возможно также предусмотреть для повторного открывания отдельный кулачок на кулачковом валу, что на фиг.7, однако, не изображено.
Перечень ссылочных позиций
1 головка цилиндра
2 цилиндр
3 впускной клапан
4 впускной трубопровод
5 воздух для горения
6 аккумулятор для сжатого воздуха
7 клапан
8 запорный элемент / откидной клапан
9 сжатый воздух
10 выпускной клапан
11 впрыскивающее сопло
12 поршень
13 шатун
14 поршневой палец
15 камера сгорания
16 отработавший газ
17 трубопровод для отработавших газов
18 запорный клапан
19 компрессор
20 турбина
19, 20 работающий на отработавших газах турбонагнетатель
21 охладитель наддувочного воздуха
22 устройство управления
23 упор запорный элемент
24 кулачок впускной клапан
25 впускной резервуар
26 наклонная поверхность для открывания
27 исполнительный элемент запорный элемент
Реферат
Изобретение относится к двигателестроению. Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с по меньшей мере одним расположенным в головке (1) цилиндра (2) впускным клапаном (3), к которому подсоединён впускной трубопровод (4), с аккумулятором (6) для сжатого воздуха, из которого посредством выполненного с возможностью управления клапана (7) сжатый воздух может вводиться в цилиндр (2). ДВС имеет запорный элемент (8) во впускном трубопроводе (4) для перекрытия проточного поперечного сечения впускного трубопровода (4), причем клапан (7) и запорный элемент (8) в зависимости друг от друга и от требуемой мощности выполнены с возможностью управления таким образом, что на базе управляющего сигнала либо дополнительный сжатый воздух (9) из аккумулятора (6) для сжатого воздуха может подаваться в зону впускного трубопровода (4), в которой расположен впускной клапан (3) и которая при находящемся в своём закрытом положении запорном элементе (8) ограничена, в основном, головкой (1) цилиндра, и при повышенном количестве впрыскиваемого топлива крутящий момент может повышаться. Впускной клапан (3) посредством определяющего его перемещение управляющего элемента во время хода компрессии кратковременно снова может быть переведён в положение открытия, во время которого сжатый воздух (9) из аккумулятора (6) для сжатого воздуха посредством управляемого клапана (7) может вводиться в цилиндр (2), а запорный элемент (8) находится в своём закрытом положении, либо при выходе из строя компрессора, имеющего компрессор и работающую на отработавших газах турбину работающего на отработавших газа турбонагнетателя весь воздух для горения из аккумулятора (6) для сжатого воздуха может подаваться к цилиндру (2), и работающая на отработавших газах турбина приводит тогда в действие дополнительный компрессор для снабжения аккумулятора (6) для сжатого воздуха. Технический результат заключается в повышении крутящего момента. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
