RU2309277C2

RU2309277C2 - Vacuum pump

Info

Publication number: RU2309277C2
Application number: RU2005114273/06A
Authority: RU
Inventors: Артем Владимирович Стадник (RU); Артем Владимирович Стадник; В чеслав Васильевич Подосинников (RU); Вячеслав Васильевич Подосинников
Original assignee: Артем Владимирович Стадник; Вячеслав Васильевич Подосинников
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2007-10-27
Also published as: RU2005114273A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.

SUBSTANCE: invention relates to devices creating rarefaction in gas and vapour-gas media in definite volumes. Invention makes it possible to build vacuum at pumping of gas or vapour-gas medium by vacuum pump. Proposed vacuum pump contains crank mechanism, timing mechanism, device to ignite fresh charge in cylinder, supply system, lubrication system, cooling system and starting system, fuel system throttle valve, fuel meter, vacuum main line furnished with throttle device made for changing passage area. Pump is furnished with system to regulate rarefaction in intake manifold-interacting with throttle mechanism, throttle valve and fuel meter and made to limit minimum and maximum rarefaction in process of operation. System is made to regulate rarefaction either depending on crankshaft speed or by signal from vacuum sensor in intake manifold. Diesel engine fuel feed equipment can be used to ignite charge in cylinder. Units of timing mechanism are made so that no overlapping of intake and exhaust valves takes place. Compression ratio exceeds 15 at spark ignition and more than 30 when diesel engine fuel equipment is used at pumping out air. Filter is installed on vacuum main line on section intake manifold-space where vacuum is being built. Charger is installed on vacuum main line which can be made, for instance, with turbine drive or with drive from crankshaft. Pump has several compression stages, with combustion taking place in last stage.

EFFECT: improved reliability of operation.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам, создающим в определенных объемах разрежение газовых и парогазовых сред, преимущественно воздуха, и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.The invention relates to heat engineering, in particular to devices that create a certain volume of rarefaction of gas and vapor-gas environments, mainly air, and can be used in various industries and in agriculture.

Известно использование двигателя внутреннего сгорания в качестве устройства, создающего вакуум. В частности, на автомобилях ГА3-51 А и ГА3-63 [Анохин В.И. Отечественные автомобили. - М.: Машиностроение, 1968. - 832 с.(стр.741)] использовался привод стеклоочистителя, работающий от вакуума, образующегося во впускном коллекторе автомобильного двигателя с искровым зажиганием. Признаками этого устройства, которые совпадают с признаками заявляемого, являются следующие. Двигатель внутреннего сгорания, используемый в качестве вакуумного насоса, имеет кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, устройство для воспламенения свежего заряда в цилиндре, а также системы питания, смазки, охлаждения и пуска, кроме того, он имеет вакуумную магистраль. Вакуумная магистраль соединяет его впускной коллектор с полостью, в которой создается вакуум. Однако вакуум, создаваемый во впускном коллекторе автомобильного двигателя, неустойчивый и может иметь очень небольшое разрежение на режимах полного открытия дроссельной заслонки при пониженной частоте вращения коленчатого вала двигателя, то есть на режиме максимального крутящего момента. В таком исполнении двигатель внутреннего сгорания не может быть эффективно использован в качестве вакуумного насоса.It is known to use an internal combustion engine as a vacuum generating device. In particular, on cars GA3-51 A and GA3-63 [Anokhin V.I. Domestic cars. - M .: Mashinostroenie, 1968. - 832 p. (P. 741)] a wiper drive was used that operates on the vacuum generated in the intake manifold of an automobile engine with spark ignition. The signs of this device, which coincide with the signs of the claimed, are the following. The internal combustion engine used as a vacuum pump has a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a device for igniting a fresh charge in the cylinder, as well as a power, lubrication, cooling and starting system, in addition, it has a vacuum line. A vacuum line connects its intake manifold to the cavity in which the vacuum is created. However, the vacuum created in the intake manifold of the automobile engine is unstable and can have very small vacuum in the modes of full throttle opening at a reduced engine speed, that is, at maximum torque. In this design, the internal combustion engine cannot be effectively used as a vacuum pump.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, то есть прототипом, является двигатель внутреннего сгорания, используемый в качестве вакуумного насоса для гидровакуумного усилителя тормозов автомобиля ГА3-66 [Анохин В.И. Отечественные автомобили. - М.: Машиностроение, 1968. - 832 с.(стр.700)]. Признаками двигателя-прототипа, совпадающими с признаками заявляемого, являются следующие. Двигатель внутреннего сгорания, используемый в качестве вакуумного насоса, имеет кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, устройство для воспламенения свежего заряда в цилиндре, а также системы питания, смазки, охлаждения и пуска, кроме того, он имеет вакуумную магистраль, причем вакуумная магистраль снабжена дроссельным устройством, которое выполнено с возможностью изменения проходного сечения. Здесь в качестве устройства для воспламенения заряда в цилиндре использована контактно-транзисторная система зажигания, а дроссельное устройство, выполненное с возможностью изменения проходного сечения, представляет собой самодействующий запорный клапан, обеспечивающий сохранения вакуума в полости гидровакуумного усилителя тормозов при уменьшении разрежения во впускном коллекторе двигателя. Двигателю-прототипу присущи те же недостатки, что и вышеописанному аналогу. Разрежение, создаваемое в вакуумной магистрали, практически не зависит от расхода откачиваемой среды через вакуумную магистраль, а зависит от степени открытия дроссельной заслонки системы питания и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, создание таким двигателем более глубокого вакуума невозможно из-за его конструктивных особенностей, таких как перекрытие впускных и выпускных клапанов и большой объем вредного пространства, то есть в данном случае объем камеры сгорания, что обусловливается относительно низкой степенью сжатия, являющейся отношением суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания. В связи с этим такой двигатель внутреннего сгорания не может быть эффективно использован в целях создания вакуума, так как его основное назначение иное.The closest set of essential features to the claimed invention, that is, the prototype, is an internal combustion engine used as a vacuum pump for the hydraulic vacuum brake booster of the GA3-66 car [Anokhin V.I. Domestic cars. - M.: Mechanical Engineering, 1968. - 832 p. (P. 700)]. The signs of the prototype engine, coinciding with the features of the claimed, are as follows. The internal combustion engine used as a vacuum pump has a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a device for igniting a fresh charge in the cylinder, as well as a power, lubrication, cooling and start-up system, in addition, it has a vacuum line, and the vacuum line is equipped with a throttle device, which is configured to change the flow area. Here, a contact transistor ignition system is used as a device for igniting a charge in a cylinder, and a throttle device made with the possibility of changing the bore is a self-acting shut-off valve that maintains a vacuum in the cavity of the hydraulic brake booster while reducing the vacuum in the engine intake manifold. The prototype engine has the same disadvantages as the analogue described above. The vacuum created in the vacuum line practically does not depend on the flow rate of the pumped medium through the vacuum line, but depends on the degree of opening of the throttle valve of the power system and the engine speed. In addition, the creation of a deeper vacuum by such an engine is impossible due to its design features, such as overlapping intake and exhaust valves and a large amount of harmful space, i.e., in this case, the volume of the combustion chamber, which is caused by a relatively low compression ratio, which is the ratio of the sum of the volume combustion chamber and cylinder displacement to the volume of the combustion chamber. In this regard, such an internal combustion engine cannot be effectively used to create a vacuum, since its main purpose is different.

Задачей предлагаемого изобретения является эффективное получение вакуума при откачивании вакуумным насосом внутреннего сгорания (ВНВС) газовых или парогазовых сред.The task of the invention is to effectively obtain a vacuum when pumping out a vacuum pump of internal combustion (VNVS) gas or vapor-gas environments.

Сущность изобретения заключается в том, что вакуумный насос внутреннего сгорания, имеющий кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, устройство для воспламенения свежего заряда в цилиндре, а также системы питания, смазки, охлаждения и пуска, имеющий вакуумную магистраль, причем вакуумная магистраль снабжена дроссельным устройством, которое выполнено с возможностью изменения проходного сечения, при этом, согласно изобретению, он снабжен системой регулирования, которая выполнена с возможностью ограничения минимального и максимального разрежений в его впускном коллекторе при работе, для чего она снабжена датчиком разрежения, установленным во впускном коллекторе, или датчиком частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, в качестве устройства для воспламенения заряда в цилиндре использована дизельная аппаратура подачи топлива. Узлы механизма газораспределения выполнены таким образом, что отсутствует перекрытие впускных и выпускных клапанов. Вакуумный насос внутреннего сгорания при откачивании воздуха имеет степень сжатия больше 15 при искровом зажигании и степень сжатия больше 30 при использовании дизельной аппаратуры подачи топлива. На вакуумной магистрали на участке впускной коллектор - полость, в которой создается вакуум, установлен фильтр. Вакуумный насос внутреннего сгорания содержит на вакуумной магистрали нагнетатель, который может быть выполнен, например, с турбинным приводом или с приводом от коленчатого вала. Вакуумный насос внутреннего сгорания имеет несколько ступеней сжатия, причем сгорание происходит в последней ступени.The essence of the invention lies in the fact that the vacuum pump of internal combustion having a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a device for igniting a fresh charge in the cylinder, as well as a power system, lubrication, cooling and start-up, having a vacuum line, and the vacuum line is equipped with a throttle device which is made with the possibility of changing the bore, while, according to the invention, it is equipped with a control system that is configured to limit the minimum maximum rarefaction in its intake manifold during operation, for which it is provided with a vacuum sensor mounted in the intake manifold, or speed sensor of the crankshaft. In addition, diesel fuel supply equipment was used as a device for igniting a charge in a cylinder. The nodes of the gas distribution mechanism are designed in such a way that there is no overlap of the intake and exhaust valves. The vacuum pump of internal combustion during pumping out the air has a compression ratio of more than 15 with spark ignition and a compression ratio of more than 30 when using diesel fuel supply equipment. A filter is installed on the vacuum manifold in the intake manifold - cavity in which the vacuum is created. The internal combustion vacuum pump comprises a supercharger on the vacuum line, which can be performed, for example, with a turbine drive or with a crankshaft drive. The internal combustion vacuum pump has several compression stages, and combustion takes place in the last stage.

Сравнение заявляемого устройства с устройством-прототипом показывает, что новым является то, что вакуумный насос внутреннего сгорания снабжен системой регулирования, которая выполнена с возможностью ограничения минимального и максимального разрежений в его впускном коллекторе при работе, для чего она снабжена датчиком разрежения, установленным во впускном коллекторе, или датчиком частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, в качестве устройства для воспламенения заряда в цилиндре использована дизельная аппаратура подачи топлива. Узлы механизма газораспределения выполнены таким образом, что отсутствует перекрытие впускных и выпускных клапанов. Вакуумный насос внутреннего сгорания при откачивании воздуха имеет степень сжатия больше 15 при искровом зажигании и степень сжатия больше 30 при использовании дизельной аппаратуры подачи топлива. На вакуумной магистрали на участке впускной коллектор - полость, в которой создается вакуум, установлен фильтр. Вакуумный насос внутреннего сгорания содержит на вакуумной магистрали нагнетатель, который может быть выполнен, например, с турбинным приводом или с приводом от коленчатого вала. Вакуумный насос внутреннего сгорания имеет несколько ступеней сжатия, причем сгорание происходит в последней ступени.Comparison of the claimed device with the prototype device shows that it is new that the internal combustion vacuum pump is equipped with a control system that is configured to limit the minimum and maximum vacuum in its intake manifold during operation, for which it is equipped with a vacuum sensor installed in the intake manifold or a crankshaft speed sensor. In addition, diesel fuel supply equipment was used as a device for igniting a charge in a cylinder. The nodes of the gas distribution mechanism are designed in such a way that there is no overlap of the intake and exhaust valves. The vacuum pump of internal combustion during pumping out the air has a compression ratio of more than 15 with spark ignition and a compression ratio of more than 30 when using diesel fuel supply equipment. A filter is installed on the vacuum manifold in the intake manifold - cavity in which the vacuum is created. The internal combustion vacuum pump comprises a supercharger on the vacuum line, which can be performed, for example, with a turbine drive or driven by a crankshaft. The internal combustion vacuum pump has several compression stages, and combustion takes place in the last stage.

Наличие в заявляемом устройстве новых элементов, их взаимосвязи и взаиморасположения с прочими элементами, а также новые конструктивные параметры заявляемого устройства обеспечивают получение следующих технических результатов. При использовании заявляемого вакуумного насоса внутреннего сгорания повышается стабильность создаваемого вакуума, уменьшаются энергозатраты на его создание, а также снижается металлоемкость агрегата приводной двигатель - вакуумный насос. Кроме того, при обеспечении в ВНВС степени сжатия больше 15 при искровом зажигании и степени сжатия больше 30 при использовании дизельной аппаратуры подачи топлива, а также при установке на вакуумной магистрали нагнетателя и устройства в ВНВС нескольких ступеней сжатия увеличивается создаваемое разрежение и повышается экономичность ВНВС.The presence in the claimed device of new elements, their relationship and relative position with other elements, as well as new design parameters of the claimed device provide the following technical results. When using the inventive vacuum pump of internal combustion, the stability of the created vacuum is increased, the energy consumption for its creation is reduced, and the metal consumption of the drive motor - vacuum pump unit is also reduced. In addition, when the compression ratio in the VNVS is greater than 15 during spark ignition and the compression ratio is greater than 30 when using diesel fuel supply equipment, as well as when the compressor and the device are installed in the VNVS of several compression stages, the created vacuum increases and the VNVS efficiency is increased.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена принципиальная схема ВНВС, а на фиг.2 - индикаторная диаграмма рабочего цикла ВНВС в координатах p-V (давление - объем).In Fig.1 presents a schematic diagram of the VNVS, and Fig.2 is an indicator diagram of the duty cycle of the VNVS in p-V coordinates (pressure - volume).

Вакуумный насос внутреннего сгорания (фиг.1) содержит кривошипно-шатунный механизм, состоящий из цилиндра 15 с поршнем 14, который кинематически соединен с коленчатым валом 19 посредством шатуна 16. На коленчатом валу установлен маховик 17. Механизм газораспределения вакуумного насоса внутреннего сгорания включает цепную передачу 18, соединяющую коленчатый вал 19 с распределительным валом 11, на котором установлены кулачки 9, взаимодействующие с подпружиненными впускным и выпускным клапанами 10. Устройство для воспламенения заряда в цилиндре представляет собой систему зажигания, которая в определенный момент генерирует электрический импульс высокого напряжения на свече зажигания 13, расположенной в камере сгорания цилиндра 15. Система питания вакуумного насоса внутреннего сгорания включает устройство 6 дозирования топлива, а также дроссельную заслонку 8 системы питания и воздушный фильтр 7. В вакуумной магистрали 12, соединяющей впускной коллектор двигателя с полостью 1, в которой создается вакуум, установлены фильтр 2 и дроссельное устройство 3, которое выполнено с возможностью изменения проходного сечения и представляет собой поворотную заслонку. ВНВС снабжен системой регулирования 4 разрежения во впускном коллекторе, которая взаимодействует с дроссельным устройством 3, с дроссельной заслонкой 8 и с устройством 6 дозирования топлива. Система регулирования 4 разрежения во впускном коллекторе выполнена с возможностью ограничения минимального и максимального разрежения во впускном коллекторе, для чего она снабжена датчиком разрежения 5 во впускном коллекторе. Системы охлаждения, смазки и пуска на фиг.1 не показаны.The internal combustion vacuum pump (Fig. 1) contains a crank mechanism consisting of a cylinder 15 with a piston 14, which is kinematically connected to the crankshaft 19 by means of a connecting rod 16. A flywheel 17 is installed on the crankshaft 17. The gas distribution mechanism of the vacuum combustion pump includes a chain drive 18, connecting the crankshaft 19 to the camshaft 11, on which the cams 9 are mounted, interacting with the spring-loaded intake and exhaust valves 10. A device for igniting the charge in the cylinder It consists of an ignition system, which at a certain moment generates a high voltage electric pulse on a spark plug 13 located in the combustion chamber of cylinder 15. The power supply system of the internal combustion vacuum pump includes a fuel metering device 6, as well as a throttle valve 8 of the power system and an air filter 7. In the vacuum line 12 connecting the intake manifold of the engine with the cavity 1 in which the vacuum is created, a filter 2 and a throttle device 3 are installed, which is configured to changes the flow area and is a rotary damper. VNVS is equipped with a regulation system 4 rarefaction in the intake manifold, which interacts with a throttle device 3, with a throttle valve 8 and with a device 6 for dispensing fuel. The regulation system 4 of rarefaction in the intake manifold is configured to limit the minimum and maximum vacuum in the intake manifold, for which it is equipped with a rarefaction sensor 5 in the intake manifold. Cooling, lubrication and starting systems are not shown in FIG. 1.

ВНВС работает следующим образом.VNVS works as follows.

В начальный момент пуска дроссельное устройство 3 (фиг, 1) и дроссельная заслонка 8 системы питания закрыты. Когда разрежение во впускном коллекторе достигнет определенного минимального значения, которое ограничивает система регулирования 4 по датчику разрежения 5, она начинает открывать дроссельное устройство 3 и дроссельную заслонку 8, обеспечивая при этом требуемый состав горючей смеси, поступающей в цилиндр, посредством устройства 6 дозирования топлива. Это определенное минимальное разрежение во впускном коллекторе является для ВНВС разрежением, при котором осуществляется номинальный (основной) режим работы вакуумного насоса внутреннего сгорания. Ограничение определенного минимального разрежения во впускном коллекторе необходимо для надежной работы системы зажигания, так как при уменьшении разрежения во впускном коллекторе, в конце такта сжатия в цилиндре 15 может возникнуть недопустимо высокое давление, препятствующее надежному искрообразованию на свече 13. Воздух, поступающий в систему питания ВНВС, очищается фильтром 7. Откачиваемая среда из полости 1, в которой создается вакуум, по вакуумной магистрали 12 поступает через фильтр 2 во впускной коллектор. Из впускного коллектора откачиваемая среда, воздух и топливо попадают через впускной клапан в цилиндр, а отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан. По мере увеличения разрежения в полости 1 система регулирования 4 открывает дроссельное устройство 3, поддерживая при этом определенное минимальное разрежение во впускном коллекторе. Когда дроссельное устройство 3 будет полностью открыто, то дальнейшее откачивание среды из полости 1 будет приводить к увеличению разрежения во впускном коллекторе, а следовательно, к уменьшению частоты вращения коленчатого вала 19. Максимальное разрежение во впускном коллекторе, обеспечивающее минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала, ограничивается системой регулирования 4 при ее воздействии на дроссельную заслонку 8 и на устройство 6 дозирования топлива. На этом режиме работы эффективность ВНВС наименьшая, как и у вакуумных насосов других типов, так как в предельном случае полезной работы по откачиванию среды из полости 1 ВНВС не совершает, а энергия топлива тратится на компенсацию диссипативных потерь. Степень сжатия ВНВС обеспечивают, по возможности, наибольшей. Так, для обеспечения эффективной работы вакуумного насоса внутреннего сгорания, оборудованного устройством для воспламенения заряда в цилиндре, выполненным в виде системы зажигания, необходимо обеспечить степень сжатия не менее 15. В этом случае происходит более полное расширение отработавших газов, а также увеличивается наполнение цилиндра свежим зарядом.At the initial start-up, the throttle device 3 (Fig. 1) and the throttle valve 8 of the power system are closed. When the vacuum in the intake manifold reaches a certain minimum value, which is limited by the control system 4 by the negative pressure sensor 5, it starts to open the throttle device 3 and the throttle valve 8, while ensuring the required composition of the combustible mixture entering the cylinder through the fuel metering device 6. This certain minimum negative pressure in the intake manifold is a negative pressure for the high-pressure fuel supply system at which the nominal (main) mode of operation of the internal combustion vacuum pump is carried out. The limitation of a certain minimum vacuum in the intake manifold is necessary for reliable operation of the ignition system, since when the vacuum in the intake manifold decreases, an unacceptably high pressure may occur in the cylinder 15 at the end of the compression stroke, which prevents reliable sparking on the candle 13. The air entering the power supply of the high-speed air supply system is cleaned by the filter 7. The pumped-out medium from the cavity 1 in which the vacuum is created passes through the vacuum line 12 through the filter 2 to the intake manifold. The pumped medium, air and fuel from the intake manifold enter the cylinder through the intake valve, and the exhaust gases are removed from the cylinder through the exhaust valve. As the vacuum in the cavity 1 increases, the control system 4 opens the throttle device 3, while maintaining a certain minimum vacuum in the intake manifold. When the throttle device 3 is fully open, further pumping of the medium from the cavity 1 will lead to an increase in vacuum in the intake manifold and, consequently, to a decrease in the rotational speed of the crankshaft 19. The maximum vacuum in the intake manifold, which ensures the minimum stable rotational speed of the crankshaft, is limited the control system 4 when it affects the throttle valve 8 and the device 6 for dispensing fuel. In this mode of operation, the efficiency of the high-pressure-free air pump is the lowest, as is the case with vacuum pumps of other types, since in the extreme case it does not perform useful work on pumping the medium out of cavity 1 and the fuel energy is spent on compensating for dissipative losses. The degree of compression of the high-speed air force provide the greatest possible. So, to ensure efficient operation of the internal combustion vacuum pump, equipped with a device for igniting the charge in the cylinder, made in the form of an ignition system, it is necessary to provide a compression ratio of not less than 15. In this case, the exhaust gases expand more fully, and the filling of the cylinder with fresh charge increases .

Идеализированный рабочий цикл вакуумного насоса внутреннего сгорания при определенном минимальном разрежении (номинальном режиме работы) следующий (фиг.2). Во время такта всасывания поршень движется в цилиндре от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Причем в начале этого такта (впускной и выпускной клапаны закрыты, то есть перекрытие клапанов у ВНВС отсутствует. Это необходимо для увеличения разрежения во впускном коллекторе и уменьшения отрицательной работы всасывания. В результате давление в цилиндре падает с давления выпуска p_r до давления p_r' (политропный процесс r-r'). В момент достижения давления в цилиндре величины давления p_r' во впускном коллекторе или несколько раньше открывается впускной клапан, в результате чего начинает происходить всасывание смеси откачиваемой среды, воздуха и топлива (изобарный процесс r'-а). В НМТ впускной клапан закрывается и при движении поршня от НМТ к ВМТ происходит сжатие свежего заряда до давления p_c (политропный процесс а-с). Несколько ранее ВМТ свежий заряд зажигается свечой зажигания, в результате чего свежий заряд сгорает и его давление в ВМТ увеличивается до значения p_z (изохорный процесс c-z). Далее при движении поршня от ВМТ к НМТ происходит расширение продуктов сгорания до давления p_b (политропный процесс z-b), которое при правильно подобранной степени сжатия будет практически равно давлению выпуска p_r. В области НМТ открывается выпускной клапан, и при дальнейшем движении поршня происходит выпуск отработавших газов при давлении p_r, которое несколько превышает атмосферное давление p_o (изобарный процесс b-r). Как видно из фиг.2, рабочий цикл ВНВС состоит из двух циклов, один из которых обратный, а другой - прямой. Для установившегося режима в идеализированном цикле ВНВС работы прямого и обратного циклов равны, то есть равны площади фигур, ограниченных линиями процессов обратного и прямого циклов. В действительности же работа прямого цикла больше, так как в ВНВС затрачивается дополнительная работа на привод вспомогательных агрегатов систем смазки и охлаждения, а также затрачивается работа для компенсации работ сил трения в узлах ВНВС. Работа, совершаемая в прямом цикле, сначала затрачивается на разгон маховика 17, установленного на коленчатом валу 19 (фиг.1), а затем идет на совершение обратного цикла того же цилиндра. Если же ВНВС имеет несколько цилиндров, то работа, совершаемая в прямом цикле одного цилиндра, одновременно затрачивается на совершение обратного цикла в другом цилиндре посредством кривошипно-шатунного механизма.The idealized duty cycle of a vacuum pump of internal combustion at a certain minimum vacuum (nominal operating mode) is as follows (figure 2). During the suction stroke, the piston moves in the cylinder from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC). Moreover, at the beginning of this cycle (the inlet and outlet valves are closed, that is, there is no valve closure at the high-pressure air supply system. This is necessary to increase the vacuum in the intake manifold and reduce the negative suction work. As a result, the pressure in the cylinder drops from the outlet pressure p _r to the pressure p _{r '} (r-r polytropic process '). at the time of reaching a pressure in the cylinder pressure value p _r' in the intake manifold or somewhat earlier opens the inlet valve, whereby the mixture starts to occur suction pumped medium, WHO ear and fuel (isobaric process r'-a). In BDC intake valve closes and the piston moves from BDC to TDC occurs before the fresh charge compression pressure p _c (polytropic process a-c). Several previously TDC fresh charge is ignited by the spark plug, as a result, the fresh charge burns out and its pressure in the TDC increases to p _z (isochoric process cz). Further, when the piston moves from TDC to BDC, the combustion products expand to pressure p _b (polytropic process zb), which, with the right compression ratio will be almost equal outlet pressure p _r . In the area of the BDC, an exhaust valve opens, and with further movement of the piston, exhaust gas is released at a pressure p _r that is slightly higher than atmospheric pressure p _o (isobaric process br). As can be seen from figure 2, the duty cycle of the VNVS consists of two cycles, one of which is reverse, and the other is direct. For the steady state in the idealized cycle of the HVCF, the operations of the forward and reverse cycles are equal, that is, the areas of the figures bounded by the lines of the processes of the reverse and forward cycles are equal. In reality, the work of the direct cycle is greater, since in the high-speed air force the additional work is spent on the drive of the auxiliary units of the lubrication and cooling systems, as well as the work is expended to compensate for the friction forces in the high-speed air force units. Work performed in a direct cycle is first spent on acceleration of the flywheel 17 mounted on the crankshaft 19 (Fig. 1), and then goes on to complete the reverse cycle of the same cylinder. If the VNVS has several cylinders, then the work performed in the direct cycle of one cylinder is simultaneously spent on the reverse cycle in the other cylinder by means of a crank mechanism.

При реализации вакуумного насоса внутреннего сгорания с искровым зажиганием возможно регулирование разрежения во впускном коллекторе не по сигналу датчика разрежения 5, а по сигналу датчика частоты вращения коленчатого вала, так как частота вращения коленчатого вала зависит от количества свежего заряда определенного состава, а следовательно, от разрежения во впускном коллекторе.When implementing a vacuum internal combustion pump with spark ignition, it is possible to regulate the vacuum in the intake manifold not by the signal of the vacuum sensor 5, but by the signal of the crankshaft speed sensor, since the speed of the crankshaft depends on the amount of fresh charge of a certain composition, and therefore on the vacuum in the intake manifold.

ВНВС может работать по дизельному циклу. В этом случае, в качестве устройства для воспламенения заряда в цилиндре используется дизельная аппаратура подачи топлива. При этом величина минимального разрежения во впускном коллекторе ограничена механическими нагрузками на кривошипно-шатунный механизм на такте рабочего хода, а величина максимального разрежения - давлением, а следовательно, температурой свежего заряда в конце такта сжатия, которая обеспечивает надежное самовоспламенение топлива в цилиндре. Для обеспечения эффективной работы ВНВС при использовании дизельной аппаратуры подачи топлива необходимо обеспечить степень сжатия не менее 30.VNVS can work on a diesel cycle. In this case, diesel fuel supply equipment is used as a device for igniting the charge in the cylinder. In this case, the minimum vacuum in the intake manifold is limited by mechanical loads on the crank mechanism at the stroke of the stroke, and the maximum vacuum is limited by pressure, and therefore, by the temperature of the fresh charge at the end of the compression stroke, which ensures reliable self-ignition of the fuel in the cylinder. In order to ensure efficient operation of the air force supply system when using diesel fuel supply equipment, it is necessary to provide a compression ratio of at least 30.

Наибольший эффект достигается при работе ВНВС в том случае, когда в качестве откачиваемой среды используется воздух. В этом случае дроссельная заслонка 8 может быть закрыта на всех режимах работы ВНВС, за исключением режима холостого хода, когда в полости 1, в которой создается вакуум, устанавливается определенное максимальное разрежение. В зависимости от технологического процесса, который обеспечивает ВНВС, заслонка 8 может быть заглушена в случае достаточного поступления кислорода, содержащегося в откачиваемой среде, через дроссельное устройство 3 на всех возможных режимах работы ВНВС.The greatest effect is achieved when the VNVS is used when air is used as a pumped medium. In this case, the throttle valve 8 can be closed in all operation modes of the high-speed air force, with the exception of the idle mode, when a certain maximum vacuum is established in the cavity 1 in which the vacuum is created. Depending on the technological process that the VNVS provides, the shutter 8 can be drowned out if there is a sufficient supply of oxygen contained in the pumped medium through the throttle device 3 at all possible operating conditions of the VNVS.

Ограничение минимального разрежения во впускном коллекторе при работе ВНВС может быть обеспечено жестким механическим ограничением максимального открытия дроссельного устройства. То есть максимальная величина проходного сечения дроссельного устройства в этом случае имеет определенное значение. Кроме того, для исключения аварийных ситуаций возможна установка во впускном коллекторе ВНВС дополнительного дроссельного устройства с неизменным проходным сечением, ограничивающего минимальное разрежение во впускном коллекторе при работе ВНВС.The limitation of the minimum vacuum in the intake manifold during the operation of the high-pressure fuel pump can be ensured by a strict mechanical restriction on the maximum opening of the throttle device. That is, the maximum value of the orifice of the throttle device in this case has a certain value. In addition, in order to avoid emergency situations, it is possible to install an additional throttle device in the intake manifold of the VNVS with a constant flow area, limiting the minimum vacuum in the intake manifold during the operation of the VNVS.

Впускной клапан вакуумного насоса внутреннего сгорания может быть самодействующим, что может в определенных случаях улучшить экономические показатели ВНВС. В целях увеличения максимально возможного разрежения, создаваемого ВНВС, он может содержать на вакуумной магистрали нагнетатель любого типа, который может быть выполнен, например, с турбинным приводом или с приводом от коленчатого вала. Кроме того, в тех же целях возможна организация в вакуумном насосе внутреннего сгорания нескольких ступеней сжатия, причем для обеспечения работоспособности ВНВС сгорание должно происходить в последней ступени сжатия.The inlet valve of the vacuum pump of internal combustion can be self-acting, which in certain cases can improve the economic performance of the HCV. In order to increase the maximum possible vacuum created by the VNVS, it can contain any type of supercharger on the vacuum line, which can be performed, for example, with a turbine drive or with a drive from a crankshaft. In addition, for the same purposes, it is possible to organize several compression stages in a vacuum internal combustion pump, and in order to ensure the efficiency of the high-pressure fuel supply system, combustion must occur in the last compression stage.

Claims

1. Вакуумный насос, содержащий кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, устройство для воспламенения свежего заряда в цилиндре, системы питания, смазки, охлаждения и пуска, дроссельную заслонку системы питания, устройство дозирования топлива, вакуумную магистраль, снабженную дроссельным устройством, выполненным с возможностью изменения проходного сечения, отличающийся тем, что снабжен системой регулирования разрежения во впускном коллекторе, взаимодействующей с дроссельным устройством, дроссельной заслонкой и устройством дозирования топлива и выполненной с возможностью ограничения минимального и максимального разрежения при работе, причем система выполнена с возможностью регулирования разрежения или по частоте вращения коленчатого вала или по сигналу датчика разрежения во впускном коллекторе.1. A vacuum pump containing a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a device for igniting a fresh charge in a cylinder, a power system, lubrication, cooling and starting, a throttle valve of a power system, a fuel metering device, a vacuum line equipped with a throttle device configured to changes in the bore, characterized in that it is equipped with a vacuum control system in the intake manifold, interacting with a throttle device, a throttle and a device fuel dispensing and configured to limit the minimum and maximum vacuum during operation, the system is configured to control the vacuum either by the frequency of rotation of the crankshaft or by the signal of the vacuum sensor in the intake manifold.

2. Вакуумный насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройства для воспламенения заряда в цилиндре использована дизельная аппаратура подачи топлива.2. The vacuum pump according to claim 1, characterized in that diesel fuel supply equipment is used as a device for igniting the charge in the cylinder.

3. Вакуумный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что узлы механизма газораспределения выполнены таким образом, что отсутствует перекрытие впускных и выпускных клапанов.3. The vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the nodes of the gas distribution mechanism are designed so that there is no overlap of the intake and exhaust valves.

4. Вакуумный насос по п.1, отличающийся тем, что при откачивании воздуха он имеет степень сжатия больше 15 при искровом зажигании и степень сжатия больше 30 при использовании дизельной аппаратуры подачи топлива.4. The vacuum pump according to claim 1, characterized in that when pumping the air, it has a compression ratio of greater than 15 with spark ignition and a compression ratio of greater than 30 when using diesel fuel supply equipment.

5. Вакуумный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что на вакуумной магистрали на участке впускной коллектор - полость, в которой создается вакуум, установлен фильтр.5. The vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that on the vacuum line in the intake manifold section - the cavity in which the vacuum is created, a filter is installed.

6. Вакуумный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит на вакуумной магистрали нагнетатель, который может быть выполнен, например, с турбинным приводом или с приводом от коленчатого вала.6. The vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that it contains a supercharger on the vacuum line, which can be performed, for example, with a turbine drive or driven by a crankshaft.

7. Вакуумный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что имеет несколько ступеней сжатия, причем сгорание происходит в последней ступени.7. The vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that it has several stages of compression, and combustion occurs in the last stage.