Устройство впрыска воздуха в ДВС относится к моторостроению и может быть использовано в газораспределительном механизме 4-х и 2-х тактном двигателе внутреннего сгорания.The air injection device in the internal combustion engine belongs to the engine industry and can be used in the gas distribution mechanism of a 4-stroke and 2-stroke internal combustion engine.
Известен двигатель внутреннего сгорания с наддувом, описанный в патенте №2543109 с приоритетом от 11.02.11 г., где двигатель внутреннего сгорания механически приводит в действие компрессор, параллельно компрессору установлен компрессорный байпасный клапан для обхода компрессора, а параллельно турбине высокого давления установлен турбинный байпасный клапан для обхода турбины высокого давления.A supercharged internal combustion engine is known, described in patent No. 2543109 with priority dated February 11, 2011, where the internal combustion engine mechanically drives the compressor, a compressor bypass valve is installed in parallel with the compressor to bypass the compressor, and a turbine bypass valve is installed in parallel with the high pressure turbine to bypass the high pressure turbine.
Самым близким по своей технической сущности является система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания по патенту №2472950 с приоритетом от 20.04.2011 г., опубл. 27.10.2012 г., содержащая турбину, компрессор, газоподводящие каналы, впускной коллектор, перепускной клапан отработавших газов с пнемоэлементом, байпасный канал наддувочного воздуха, на котором установлен перепускной клапан надувочного воздуха, охладитель наддувочного воздуха и блок управления. К первому, второму, третьему, четвертому входам блока управления подключены соответственно датчики температуры и давления, установленные во впускном коллекторе, датчик положения органа топливоподачи и датчик частоты вращения коленчатого вала, установленные на двигателе. К выходам блока управления подключены соответственно перепускной клапан наддувочного воздуха и электромагнитный клапан, управляющий подводом надувочного воздуха в надмембранное пространство пневмоэлемента перепускного клапана отработавших газов.The closest in its technical essence is the turbocharging system of an internal combustion engine according to patent No. 2472950 with priority dated 20.04.2011, publ. 10/27/2012, containing a turbine, a compressor, gas supply channels, an intake manifold, an exhaust gas bypass valve with a pneumatic element, a charge air bypass channel on which a charge air bypass valve is installed, a charge air cooler and a control unit. To the first, second, third, fourth inputs of the control unit are connected, respectively, the temperature and pressure sensors installed in the intake manifold, the position sensor of the fuel supply body and the crankshaft speed sensor installed on the engine. To the outputs of the control unit, respectively, are connected a bypass valve of the charge air and an electromagnetic valve that controls the supply of charge air to the supra-membrane space of the pneumatic element of the exhaust gas bypass valve.
Но данные устройства не позволяют избавиться от недостатков конструкции турбонаддува с использованием энергии выхлопных газов. Для создания давления наддувочного газа необходимо потратить энергию выхлопных газов, что означает потерю мощности на преодоление сопротивления турбины и соосного с ней компрессора. Кроме того, также не преодолена сложность конструкции, ее многодетальность и ограниченный ресурс, так как колеса турбины и компрессора соответсвенно, являются телами вращения и с соответсвующими эксплутационными требованиями, такими как создание условий для охлаждения турбины на холостом ходу, обеспечением подачи масла в зону масляного клина. Сложность, многодетальность, определенные условия эксплуатации только снижает надежность системы в целом. Кроме того, проблемой является эффект турбоямы, для преодоления которого приходится еще более усложнять конструкцию элементов турбонаддува.But these devices do not allow to get rid of the shortcomings of the turbocharging design using exhaust gas energy. To create the charge gas pressure, it is necessary to spend the energy of the exhaust gases, which means the loss of power to overcome the resistance of the turbine and the compressor coaxial with it. In addition, the complexity of the design, its multi-detailedness and limited resource have not been overcome either, since the wheels of the turbine and compressor, respectively, are bodies of rotation and with corresponding operational requirements, such as creating conditions for cooling the turbine at idle, ensuring oil supply to the oil wedge zone . Complexity, many details, certain operating conditions only reduce the reliability of the system as a whole. In addition, the turbo-lag effect is a problem, to overcome which it is necessary to further complicate the design of the turbocharging elements.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение технических средств за счет обеспечения наполнения цилиндра воздухом, что в свою очередь ведет к увеличению тяги во всем диапазоне оборотов двигателя, вследствие чего уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.The technical result of the claimed invention is the expansion of technical means by ensuring that the cylinder is filled with air, which in turn leads to an increase in thrust in the entire engine speed range, as a result of which the emission of harmful substances into the atmosphere is reduced.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство впрыска воздуха в ДВС содержит компрессор, воздушную форсунку, топливную форсунку, свечу зажигания, цилиндр ДВС, вертикально расположенный резервуар высокого давления, снабженный манометром, клапаном для закачки воздуха, предохранительным клапаном сброса лишнего давления, по крайней мере одним воздушным трубопроводом, соединенным с каждой воздушной форсункой, установленной непосредственно в цилиндры ДВС, причем каждый цилиндр снабжен выхлопными окнами, расположенными друг против друга, а воздушная форсунка выполнена таким образом, что отверстия для прохождения воздуха расположены вокруг топливной форсунки. Резервуар высокого давления на ДВС расположен вертикально, при таком расположении для охлаждения горячего воздуха он интегрирован в систему охлаждения ДВС, а поскольку воздух горячий, а охлаждающая жидкость холодная, в резервуаре скапливается конденсат. В верхней части резервуара установлен манометр для контроля давления в резервуаре и установлен дополнительный клапан для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса. Установка воздушного трубопровода для подачи воздуха к форсункам в верхней части резервуара, а предохранительного клапана, для сброса избыточного давления в нижней точке резервуара позволяет сбрасывать помимо избыточного давления и накапливающийся в резервуаре конденсат. При длительной остановки двигателя, например неделя, месяц, существует вероятность потери воздуха при не герметичности системы и выходе всего воздуха из резервуара высокого давления, в этом случае для запуска двигателя в верхней части резервуара расположен клапан для закачки воздуха в резервуар с помощью насоса, можно использовать насос, которым накачивают колеса. После закачки воздуха и при подъеме давление в резервуаре 2-3 атмосферы, производят запуск двигателя, и дальше воздух качает уже компрессор не моторе. Воздушная форсунка выполнена таким образом, что отверстия для прохождения воздуха выполнены вокруг топливной форсунки. Такая конструкция воздушной форсунки позволяет на 4-х тактных ДВС избавиться от большого количества клапанов и разных систем контролирующих подъем и опускания клапанов и времени их открытия и закрытия, а на 2-х тактном ДВС позволяет отказаться от постоянного расхода масла. Систему смазки коленвала, шатунов, поршней и подшипников выполнены как на 4-х тактном ДВС циркуляционной, без постоянного расхода масла, т.к. продувочные окна отсутствуют - картер не сообщается с цилиндром, поскольку есть воздушная форсунка для подачи воздуха в цилиндр. Таким образом воздушная форсунка используется вместо наддува, т.е. указанная конструкция позволяет подавать в цилиндр в 1,5 или в 2 раза больше воздуха. Кроме того, заявленное устройство позволяет использовать ДВС в 2-х или 3-х режимах, например режим круиз - подача воздуха, как у обычного атмосферного ДВС, режим спорт - подача воздуха в 1,5 раза больше, режим драйв подача воздуха в 2 раза больше. Всеми режимами управляет ЭБУ (электронный блок управления) двигателя.The specified technical result is achieved due to the fact that the air injection device in the internal combustion engine contains a compressor, an air nozzle, a fuel injector, a spark plug, an internal combustion engine cylinder, a vertically located high-pressure tank equipped with a pressure gauge, an air injection valve, an excess pressure relief valve, at least one air pipeline connected to each air injector installed directly in the internal combustion engine cylinders, each cylinder is equipped with exhaust ports located opposite each other, and the air injector is made in such a way that the air passage holes are located around the fuel injector. The high-pressure reservoir on the internal combustion engine is located vertically, with this arrangement it is integrated into the internal combustion engine cooling system to cool the hot air, and since the air is hot and the coolant is cold, condensate accumulates in the reservoir. A manometer is installed in the upper part of the tank to control the pressure in the tank and an additional valve is installed to pump air into the tank using a pump. Installing an air pipeline to supply air to the nozzles in the upper part of the tank, and a safety valve to relieve excess pressure at the bottom of the tank allows you to discharge, in addition to excess pressure, the condensate accumulating in the tank. When the engine is stopped for a long time, for example, a week, a month, there is a possibility of air loss if the system is not tight and all the air comes out of the high pressure tank, in this case, to start the engine in the upper part of the tank there is a valve for pumping air into the tank using a pump, you can use a pump that pumps up the wheels. After air is pumped in and when the pressure in the tank rises to 2-3 atmospheres, the engine is started, and then the air is pumped by the compressor not the motor. The air nozzle is designed in such a way that air passage holes are made around the fuel nozzle. This design of the air nozzle allows you to get rid of a large number of valves and various systems that control the lifting and lowering of valves and the time of their opening and closing on 4-stroke internal combustion engines, and on a 2-stroke internal combustion engine it allows you to abandon the constant oil consumption. The lubrication system of the crankshaft, connecting rods, pistons and bearings is made as on a 4-stroke internal combustion engine, circulating, without constant oil consumption, because there are no purge windows - the crankcase does not communicate with the cylinder, since there is an air nozzle to supply air to the cylinder. Thus, the air nozzle is used instead of pressurization, i.e. this design allows 1.5 or 2 times more air to be supplied to the cylinder. In addition, the claimed device allows the use of internal combustion engines in 2 or 3 modes, for example, cruise mode - air supply, like a conventional atmospheric internal combustion engine, sport mode - air supply 1.5 times more, drive mode air supply 2 times more. All modes are controlled by the ECU (electronic control unit) of the engine.
Суть технического решения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображено устройство впрыска воздуха в ДВС компрессор 1, воздушная форсунка 2, топливная форсунка 3, резервуар высокого давления 4, предохранительный клапан 5, воздушный трубопровод 6, цилиндр ДВС 7, выхлопные окна 8, манометр 9, клапан для закачки воздуха 10, свеча зажигания 11. На фигуре 2 компрессор 1, изображена воздушная форсунка 2, топливная форсунка 3, резервуар высокого давления 4, предохранительный клапан 5, воздушный трубопровод 6, цилиндр 7, манометр 9, клапан для закачки воздуха 10, свеча зажигания 11, выпускной клапан 12.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where the figure 1 shows the device for injecting air into the internal combustion engine compressor 1, air injector 2, fuel injector 3, high pressure tank 4, safety valve 5, air pipeline 6, internal combustion engine cylinder 7, exhaust ports 8, pressure gauge 9 , air injection valve 10, spark plug 11. Figure 2 shows compressor 1, air nozzle 2, fuel nozzle 3, high pressure reservoir 4, safety valve 5, air line 6, cylinder 7, pressure gauge 9, air injection valve 10 , spark plug 11, exhaust valve 12.
Устройство впрыска воздуха в ДВС работает следующим образом. На двигатель внутреннего сгорания устанавливается поршневой компрессор 1, который приводит в движение ремнем или цепью, от коленвала двигателя. Компрессор 1 нагнетает воздух в резервуар высокого давления 4, который интегрирован в охлаждающую систему двигателя, т.е. охлаждается жидкостью в системе охлаждения. Резервуар 4 расположен вертикально, в нижней части установлен предохранительный клапан 5 для сброса лишнего давления сверх нормы, от резервуара 4 отходят воздушные трубопроводы 6 к воздушным форсункам 2 установленные непосредственно в цилиндры ДВС 7, причем цилиндр 7 2-х тактного ДВС снабжен выхлопными окнами 8 расположенными друг против друга, а цилиндр 7 4-х тактного ДВС содержит один клапан 12, который работает только на выхлоп отработанных газов. В 2-х тактном ДВС поршень, совершая рабочий ход, движется к НМТ (нижняя мертвая точка), в момент открытия поршнем выхлопных окон 8 на половину их высоты, воздушная форсунка 2 производит впрыск воздуха, количество которого определяет ЭБУ ДВС, получая информацию от датчика положения педали (рукоятки) газа, таким образом, новая порция воздуха, заполняя цилиндр 7, выдавливает оставшиеся отработанные газы из него. Поршень дошел до НМТ выхлоп произошел, поршень пошел к ВМТ далее срабатывает топливная форсунка 3 свеча зажигания 11. В 4-х тактном ДВС произошел рабочий ход, поршень достиг НМТ, открывается клапан 12 на выброс отработанных газов. Поршень пошел наверх в ВМТ (верхняя мертвая точка) выдавливая выхлопные газы. Когда поршень достиг ВМТ, открывается воздушная форсунка 2 и производит впрыск воздуха в цилиндр 7, вытесняя остатки отработанных газов из камер сгорания. После продувки камеры сгорания выпускной клапан 12 закрывается, поршень пошел вниз к НМТ, а воздушная форсунка 2 впрыскивает такое количество воздуха, которое определило ЭБУ ДВС, получив информацию от датчика положения педали (рукоятки) газа, далее срабатывает топливная форсунка 3 свеча зажигания 11 и цикл повторяется.The air injection device in the internal combustion engine works as follows. A reciprocating compressor 1 is installed on the internal combustion engine, which is driven by a belt or chain from the engine crankshaft. The compressor 1 pressurizes the pressure tank 4 which is integrated into the engine cooling system, i.e. cooled by liquid in the cooling system. The tank 4 is located vertically, a safety valve 5 is installed in the lower part to relieve excess pressure above the norm, air pipelines 6 depart from the tank 4 to the air nozzles 2 installed directly in the internal combustion engine cylinders 7, and the cylinder 7 of the 2-stroke internal combustion engine is equipped with exhaust ports 8 located against each other, and cylinder 7 of a 4-stroke internal combustion engine contains one valve 12, which operates only on exhaust gases. In a 2-stroke internal combustion engine, the piston, making a working stroke, moves to BDC (bottom dead center), at the moment the piston opens the exhaust windows 8 at half their height, the air nozzle 2 injects air, the amount of which is determined by the internal combustion engine ECU, receiving information from the sensor position of the gas pedal (handle), thus, a new portion of air, filling the cylinder 7, squeezes the remaining exhaust gases out of it. The piston reached BDC, the exhaust occurred, the piston went to TDC, then fuel injector 3 fired spark plug 11. In a 4-stroke internal combustion engine, a working stroke occurred, the piston reached BDC, valve 12 opens to release exhaust gases. The piston went up to TDC (top dead center) squeezing out the exhaust gases. When the piston has reached TDC, the air injector 2 opens and injects air into the cylinder 7, displacing the remnants of the exhaust gases from the combustion chambers. After purging the combustion chamber, the exhaust valve 12 closes, the piston goes down to the BDC, and the air injector 2 injects such an amount of air that the internal combustion engine computer has determined, having received information from the gas pedal (handle) position sensor, then the fuel injector 3 fires the spark plug 11 and the cycle repeats.
