Всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания - RU2463461C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания автотранспортных средств и, в частности, к всасывающему коллектору.

Как известно, всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания предназначен для распределения входящего потока между всеми цилиндрами двигателя. Этот входящий поток поступает либо непосредственно из окружающей среды и в этом случае является воздухом, либо представляет собой смесь воздуха и отработавших газов, дозируемую в этом случае клапаном EGR («Exhaust Gas Recirculation» - рециркуляция отработавших газов). Всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания должен иметь достаточную пропускную способность, чтобы гарантировать хорошие рабочие характеристики двигателя, поэтому необходимо обеспечить определенный уровень пропускной способности. Этого уровня пропускной способности достигают путем усреднения значений пропускной способности на всех ветвях, связанных с различными цилиндрами двигателя, когда одна ветвь отличается высокой пропускной способностью. Вместе с тем, каждая ветвь должна иметь пропускную способность, близкую к пропускной способности других ветвей, чтобы не создавать лучшие или худшие условия для одного цилиндра по сравнению с другими, что может привести к нарушениям в работе двигателя внутреннего сгорания или к необходимости осуществления его систематических регулировок.

Известно, что конструкторы автомобилей стремятся создать в двигателях внутреннего сгорания аэродинамическое движение типа tumble (вихревое спиралевидное движение входящего потока в цилиндре двигателя, ось вращения которого перпендикулярна к оси цилиндра). Это движение, в основном получаемое за счет формы впускных каналов двигателя внутреннего сгорания, создает более благоприятные условия потока в передней части впускных клапанов, что соответствует движению tumble, называемому «обычным», или в задней части впускных клапанов, что соответствует движению tumble, называемому «обратным». В этом случае необходимо убедиться, чтобы геометрия всасывающего коллектора не приводила к падению этого уровня движения tumble и не создавала рассеивания движения типа tumble. В частности, это может произойти, если распределение расхода входящего потока на выходе из различных каналов или ветвей всасывающего коллектора становится настолько неравномерным, что нарушает распределение заданной скорости входящего потока вокруг впускных клапанов.

В современных всасывающих коллекторах, содержащих входной канал для входящего потока, входной канал открыт на одном конце для обеспечения прохождения входящего потока и закрыт на другом конце и сообщается на своей боковой поверхности с несколькими идентичными и параллельными между собой выходными каналами с осью симметрии, перпендикулярной к оси симметрии входного канала, при этом каждый выходной канал сообщается с цилиндром двигателя. Таким образом, входной канал всасывающего коллектора позволяет распределять входящий поток в различных цилиндрах двигателя. Однако выходной канал, наиболее удаленный от входа потока во входной канал, оказывается в неблагоприятных условиях с точки зрения пропускной способности по сравнению с другими выходными каналами, находящимися ближе к этому входу, поскольку входящий поток должен пройти большее расстояние.

Из документов JP 11350963 и JP 63208616 известны всасывающие коллекторы, позволяющие улучшить характеристики двигателя и обеспечивающие хорошее распределение движения swirl (спиралевидное движение входящего потока в цилиндре двигателя, ось которого параллельна оси цилиндра) путем добавления бобышек, трамплинов или утолщений материала в ветвях, связанных с цилиндрами. Однако эти добавления существенно влияют на пропускную способность различных ветвей, связанных с различными цилиндрами.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков, присущих известным техническим решениям, за счет создания всасывающего коллектора двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего его удовлетворительные рабочие характеристики.

Поставленная задача решена во всасывающем коллекторе двигателя внутреннего сгорания, содержащем входной канал цилиндрической формы с осью симметрии (Δ), открытый на одном конце, закрытый на другом конце и сообщающийся на своей боковой поверхности с несколькими выходными каналами с осью симметрии (δi), при этом открытый конец обеспечивает прохождение входящего потока, который перемещается во входном канале вдоль оси симметрии (Δ) от открытого конца к закрытому концу, близкому к последнему выходному каналу, при этом каждый выходной канал соединен с цилиндром двигателя, а ось симметрии (δi) каждого выходного канала перпендикулярна к оси симметрии (Δ) входного канала. Согласно изобретению каждый выходной канал сопрягается по радиусу с входным каналом противоположно направлению течения входящего потока таким образом, что радиус сопряжения каждого выходного канала увеличивается в зависимости от длины пути входящего потока от открытого конца входного канала до оси симметрии (δi) соответствующего выходного канала, чтобы обеспечивать одинаковое распределение входящего потока в каждом выходном канале.

Предпочтительно радиус сопряжения (Ri) для каждого выходного канала определяют по формуле:

Ri=A × Li + В, где

Li - длина пути входящего потока от открытого конца входного канала до оси симметрии (δi) соответствующего выходного канала, мм;

А - коэффициент, находящийся в пределах от 0,01 до 0,06;

В - коэффициент, находящийся в пределах от 8 до 11 мм.

Выходные каналы преимущественно имеют одинаковый диаметр.

Предпочтительно радиус сопряжения каждого выходного канала определяют таким образом, чтобы способствовать аэродинамическому движению типа tumble для каждого цилиндра двигателя.

Такой всасывающий коллектор применяют для двигателей внутреннего сгорания типа бензиновых или дизельных.

Изобретение, его другие задачи, особенности, детали и преимущества будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на чертеж.

На фигуре показан всасывающий коллектор в соответствии с настоящим изобретением.

Всасывающий коллектор 1 в соответствии с настоящим изобретением позволяет существенно улучшить характеристики двигателя внутреннего сгорания бензинового или дизельного типа. Кроме того, конструкторы автомобилей стремятся создать аэродинамическое движение типа tumble (вихревое спиралевидное движение входящего потока F в цилиндре двигателя, ось вращения которого перпендикулярна к оси цилиндра). Всасывающий коллектор 1 в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить отрицательное влияние, которое оказывали известные всасывающие коллекторы на аэродинамическое движение типа tumble, и даже способствовать этому аэродинамическому движению типа tumble.

Как показано на фигуре, всасывающий коллектор 1 двигателя внутреннего сгорания содержит входной канал 10 цилиндрической формы с осью симметрии Δ. Входной канал 10 открыт на одном конце 101, закрыт на другом конце 102 и сообщается на своей боковой поверхности с несколькими выходными каналами Ci с осями симметрии δi. Ось симметрии δi каждого выходного канала Ci по существу перпендикулярна к оси симметрии Δ входного канала 10, и оси симметрии δi выходных каналов Ci параллельны между собой. В представленном примере входной канал 10 сообщается с четырьмя выходными каналами C1, С2, С3, С4 с осями симметрии δ1, δ2, δ3, δ4, соответственно. Оси симметрии δ1, δ2, δ3, δ4 выходных каналов С1, C2, С3, С4 отстоят от открытого конца 101 входного канала 10 на соответствующие расстояния L1, L2, L3, L4.

Открытый конец 101 входного канала 10 обеспечивает прохождение входящего потока F, поступающего из впускной магистрали двигателя, при этом входящий поток F перемещается во входном канале 10 вдоль оси симметрии Δ от открытого конца 101 к закрытому концу 102, ближнему к последнему выходному каналу (в представленном примере - к выходному каналу С4). Известно, что каждый выходной канал Ci соединен с цилиндром двигателя. В представленном примере выходные каналы С1, C2, С3, С4 имеют одинаковую цилиндрическую форму и одинаковый диаметр.

Каждый выходной канал Ci сопрягается по радиусу с входным каналом 10 противоположно направлению течения входящего потока (F). Радиус Ri сопряжения каждого выходного канала Ci увеличивается в зависимости от длины Li пути входящего потока F от открытого конца 101 входного канала 10 до оси симметрии δi соответствующего выходного канала Ci, чтобы распределять с эквивалентной пропускной способностью входящий поток F в каждом выходном канале Ci. При этом входящий поток F перемещается в каждом выходном канале Ci вдоль оси, параллельной оси симметрии δi. Радиус Ri сопряжения для каждого выходного канала определяют по формуле:

Ri=A × Li + В, где

Li - длина пути входящего потока F от открытого конца 101 входного канала 10 до оси симметрии δi соответствующего выходного канала, мм;

А - коэффициент, находящийся в пределах от 0,01 до 0,06;

В - коэффициент, находящийся в пределах от 8 до 11 мм.

В представленном примере радиус R1 сопряжения для выходного канала С1 получают по формуле:

R1=A × L1 + 10,

где L1 - длина пути входящего потока F от открытого конца 101 входного канала 10 до оси симметрии δ1 выходного канала С1.

Таким образом, поскольку выходной канал С1 является самым близким к открытому концу 101 входного канала 10, его радиус R1 сопряжения является наименьшим. В то же время, поскольку выходной канала С4 является наиболее удаленным от открытого конца 101 входного канала 10, его радиус R4 сопряжения является наибольшим.

Увеличение радиуса сопряжения Ri в зависимости от длины Li пути входящего потока F от открытого конца 101 входного канала 10 до оси симметрии δi соответствующего выходного канала Ci способствует прохождению входящего потока F в самые удаленные выходные каналы, в данном случае в выходной канал С4.

Таким образом, всасывающий коллектор 1 в соответствии с настоящим изобретением позволяет компенсировать ухудшение пропускной способности, которое может происходить в выходных каналах, наиболее удаленных от открытого конца 101 входного канала 10, сохраняя при этом хорошее распределение скоростей в каждом выходном канале Ci, чтобы избежать рассеивания потока, которое может нарушить аэродинамическое движение типа tumble.

Одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает одинаковую пропускную способность для каждого канала Ci, способствуя при этом аэродинамическому движению типа tumble.

Разумеется, специалистам понятно, что настоящее изобретение допускает варианты его выполнения в виде многих других специфических версий, не выходя при этом из заявленной области применения изобретения. Настоящий вариант выполнения следует рассматривать в качестве иллюстрации, но его можно изменять в рамках прилагаемой формулы изобретения, а изобретение не следует ограничивать представленными выше деталями.

Реферат

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания автотранспортных средств, в частности к всасывающему коллектору. Сущность изобретения: всасывающий коллектор (1) двигателя внутреннего сгорания содержит входной канал (10) цилиндрической формы с осью симметрии (Δ), открытый на одном конце (101), закрытый на другом конце (102) и сообщающийся на своей боковой поверхности с несколькими выходными каналами (Ci). Открытый конец (101) входного канала (10) обеспечивает прохождение входящего потока (F), перемещающегося во входном канале (10) вдоль оси симметрии (Δ) от открытого конца (101) к закрытому концу (102), близкому к последнему выходному каналу, а каждый выходной канал (Ci) сообщается с цилиндром двигателя, причем ось симметрии (δi) каждого выхлопного канала (Ci) перпендикулярна к оси симметрии (Δ) выходного канала (10), причем каждый выходной канал (Ci) сопрягается по радиусу (Ri) сопряжения с входным каналом (10) противоположно направлению течения входящего потока (F) таким образом, что (Ri) сопряжения каждого выходного канала (Ci) увеличивается в зависимости от длины (Li) пути входящего потока (F) от открытого конца (101) входного канала (10) до оси симметрии (δi) соответствующего выходного канала (Ci), чтобы обеспечивать одинаковое распределение входного потока (F) в каждом выходном канале (Ci). Техническим результатом изобретения является улучшение пропускной способности в выхлопном канале, сохраняя хорошее распределение скоростей в каждом канале.

Формула