RU2330165C2

RU2330165C2 - Internal combustion engine exhaust accelerator

Info

Publication number: RU2330165C2
Application number: RU2006124703/06A
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Николаев (RU); Андрей Сергеевич Николаев; Павел Иванович Иванищев (RU); Павел Иванович Иванищев; Алексей Викторович Великанов (RU); Алексей Викторович Великанов
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-07-27
Also published as: RU2006124703A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: improved fuel combustion in the cylinders allows decreasing CO-content in exhaust gases. The proposed device incorporates a pressure nozzle, a mixing chamber, a diffuser arranged at the accelerator outlet and a cross-sectional flap. The device is produced from assembly units and parts that require no special tool sets or processes. It is readily produced from any materials meeting the requirements to automotive engine operation, e.g. stainless steel, duraluminium, heat-resistant plastics, composite materials, etc. Assembly is effected using standard fasteners.

EFFECT: reduced pressure at the internal combustion engine exhaust pipe outlet and higher engine output and efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано, в частности, в устройствах выхлопа двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to the automotive industry and can be used, in particular, in exhaust devices of internal combustion engines.

Известно устройство, предназначенное для охлаждения двигателя потоком всасываемого воздуха, содержащее ускоритель (патент ЕПВ N 0323039, кл. F01N 1/08, 1991).A device is known for cooling the engine with an intake air stream containing an accelerator (EPO patent N 0323039, class F01N 1/08, 1991).

Недостатком устройства является незначительное уменьшение мощности и экономичности двигателя, что обусловлено созданием дополнительного сопротивления прохождению потока газов, кроме того, эжекция атмосферного воздуха используется для охлаждения двигателя внутреннего сгорания и не направлена на увеличение скорости потока выхлопных газов.The disadvantage of this device is a slight decrease in engine power and economy, which is due to the creation of additional resistance to the passage of the gas stream, in addition, the ejection of atmospheric air is used to cool the internal combustion engine and is not aimed at increasing the exhaust gas flow rate.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с эжектором» (патент RU N 2059839 С1, кл. F01N 1/08, F02В 27/04).The closest in technical essence to the proposed device is the “Accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines with an ejector” (patent RU N 2059839 C1, CL F01N 1/08, F02B 27/04).

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с эжектором предназначен для карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит раструб, конус с расположенными на нем проточными и вторичными каналами, эжектор, камеру смешения потоков выхлопных газов и эжектируемого воздуха, а также сопло Лаваля на выходе ускорителя. В камере смешения создается область пониженного давления за счет обтекания газами конуса, вершина которого ориентирована навстречу выхлопным газам.The exhaust gas accelerator of internal combustion engines with an ejector is designed for carburetor and diesel internal combustion engines. The device comprises a bell, a cone with flowing and secondary channels located on it, an ejector, a chamber for mixing exhaust gas and ejected air flows, and a Laval nozzle at the outlet of the accelerator. In the mixing chamber, a region of reduced pressure is created due to the gas flow around the cone, the top of which is oriented towards the exhaust gases.

Повышение давления способствует ускорению потока выхлопных газов, что приводит к повышению экономичности и мощности двигателя. Кроме того, за счет более полного сгорания топлива снижается процентное содержание СО.The increase in pressure helps to accelerate the flow of exhaust gases, which leads to increased efficiency and engine power. In addition, due to more complete combustion of the fuel, the percentage of CO is reduced.

Недостатком устройства является незначительное повышение мощности и экономичности двигателя, что обусловлено созданием дополнительного сопротивления прохождению потока газов за счет обтекания конуса, кроме того, производится подсос воздуха, уменьшающий скорость истечения выхлопных газов, а эжектируемый воздух имеет малую скорость.The disadvantage of this device is a slight increase in power and efficiency of the engine, which is due to the creation of additional resistance to the passage of gas flow due to the flow around the cone, in addition, air is sucked in, which reduces the exhaust velocity, and the ejected air has a low speed.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Ускоритель потока выхлопных газов двс автомобилей» (патент Франции №2155062, МПК F01N 3/00, опубл. 1973 г.).The closest in technical essence to the proposed device is the “Accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines” (French patent No. 2155062, IPC F01N 3/00, publ. 1973).

Данное устройство содержит напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, камеру смешения, выполненную в форме цилиндра.This device contains a pressure nozzle made in the form of a truncated cone, directed towards the flow of air flowing onto the car when it moves, a mixing chamber made in the form of a cylinder.

Известное устройство просто в изготовлении, однако оно не обеспечивает снижение сопротивления потоку выхлопных газов в месте сопряжения с напорным соплом и разъединение камеры смешения с напорным соплом при стоянке автомобиля, что ведет к шумности его работы.The known device is easy to manufacture, however, it does not provide a reduction in resistance to the flow of exhaust gases at the interface with the pressure nozzle and the separation of the mixing chamber with the pressure nozzle when the car is stationary, which leads to noise of its operation.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в повышении экономичности и мощности двигателя внутреннего сгорания.The technical result achieved by the proposed device is to increase the efficiency and power of the internal combustion engine.

Указанный технический результат достигается тем, что в ускорителе потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащем напорное сопло, сообщающееся с атмосферой, соединенное с выпускной системой автомобиля через камеру смешения, расположенной между диффузором и выхлопной системой автомобиля, напорное сопло выполнено в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, имеет профильную заслонку во избежание выхлопа отработавших газов из напорного сопла при остановке автомобиля, камера смешения выполнена в форме цилиндра, имеет местное расширение, во избежание уменьшения проходного сечения выхлопной системы автомобиля, в месте крепления с напорным соплом, а также тем, что диффузор, соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой с атмосферой, выполнен в виде усеченного конуса.The specified technical result is achieved in that in the accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines containing a pressure nozzle in communication with the atmosphere, connected to the exhaust system of the car through a mixing chamber located between the diffuser and the exhaust system of the car, the pressure nozzle is made in the form of a truncated cone directed towards the flow of air running onto the car while it is moving, it has a profile damper to avoid exhaust exhaust from the pressure nozzle when In the car, the mixing chamber is made in the form of a cylinder, has a local expansion, in order to avoid reducing the flow area of the exhaust system of the car, at the attachment point with a pressure nozzle, as well as the fact that the diffuser is connected on one side to the mixing chamber and on the other to the atmosphere made in the form of a truncated cone.

Возможность достижения требуемого результата доказывается следующим.The possibility of achieving the desired result is proved by the following.

Из теории двигателей внутреннего сгорания (см. например, «Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей» под редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1983) известно, что на мощностные и экономические характеристики большое влияние оказывает полнота наполнения цилиндра η_V, зависящая от давления Р_r на выходе из системы выхлопа. Чем ниже давление Р_r, тем больше полнота наполнения η_V и ниже удельный расход топлива q_e:From the theory of internal combustion engines (see, for example, “Internal Combustion Engines. Theory of Piston and Combined Engines,” edited by A.S. Orlin, M.G. Kruglov. Moscow: Mashinostroenie, 1983) it is known that the power and economic characteristics a large influence is exerted by the completeness of the filling of the cylinder η _V , which depends on the pressure P _r at the outlet of the exhaust system. The lower the pressure P _r , the greater the completeness of filling η _V and the lower specific fuel consumption q _e :

где ε - степень сжатия в цилиндрах;where ε is the compression ratio in the cylinders;

Т_ВП, ΔТ - температура смеси на впуске и прирост температуры при сгорании;T _VP , ΔТ - temperature of the mixture at the inlet and temperature increase during combustion;

φ - степень уменьшения объема;φ is the degree of volume reduction;

Р_а - атмосферное давление;P _a - atmospheric pressure;

Р_ВП - давление на впуске.P _VP - pressure at the inlet.

Снижение давления Р_r можно достичь, если выхлопные газы пропустить через устройство, в котором происходит увеличение их скорости движения за счет увлекания их потоком проходящего воздуха, истекающего из напорного сопла.The pressure reduction P _r can be achieved if the exhaust gases are passed through a device in which their speed increases due to their entrainment by the flow of passing air flowing from the discharge nozzle.

Требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью признаков, которая в известной литературе не обнаружена.The required technical result is achieved by the entire newly introduced set of features, which are not found in the known literature.

Данное устройство позволяет увеличить скорость движения выхлопных газов за счет увлекания их потоком проходящего из напорного сопла воздуха, что приводит к понижению давления в выпускном трубопроводе перед камерой смешения, повышению полноты наполнения цилиндров, как следствие, - повышению мощности и экономичности двигателя. Кроме того, за счет более полного сгорания топлива снижается процентное содержание СО.This device allows you to increase the speed of the exhaust gases due to their entrainment by the flow of air passing from the pressure nozzle, which leads to a decrease in pressure in the exhaust pipe in front of the mixing chamber, to increase the completeness of filling of the cylinders, and, as a result, to increase engine power and efficiency. In addition, due to more complete combustion of the fuel, the percentage of CO is reduced.

Общими признаками прототипа и предлагаемого устройства являются: напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, а также камера смешения, выполненная в виде цилиндра.Common features of the prototype and the proposed device are: a pressure nozzle made in the form of a truncated cone directed towards the flow of air rushing onto the car during its movement, as well as a mixing chamber made in the form of a cylinder.

Отличительным признаком является то, что устройство содержит: диффузор, выполненный в виде усеченного конуса и соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой - с атмосферой, напорное сопло, имеющее профильную заслонку, а камера смешения имеет расширение в месте сопряжения с напорным соплом.A distinctive feature is that the device contains: a diffuser made in the form of a truncated cone and connected on the one hand to the mixing chamber and, on the other hand, to the atmosphere, a pressure nozzle having a profile damper, and the mixing chamber has an expansion at the interface with the pressure nozzle .

На фиг.1 (вид сбоку) представлена конструкция ускорителя потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.Figure 1 (side view) shows the design of the accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines.

На фиг.2 (вид сбоку) представлена общая компоновка устройства на примере легкового автомобиля.Figure 2 (side view) shows the General layout of the device on the example of a car.

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (фиг.1) содержит: напорное сопло 1, камеру смешения 2, диффузор 3, профильную заслонку 4.The accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines (Fig. 1) contains: a pressure nozzle 1, a mixing chamber 2, a diffuser 3, a profile damper 4.

Напорное сопло 1 выполнено в виде усеченного конуса, с малым углом сужения в сторону выхода потока воздуха, имеет профильную заслонку 4 во избежание выхлопа отработавших газов из напорного сопла при остановке автомобиля. Выходная кромка напорного сопла 1 имеет цилиндрическую форму и соединена с камерой смешения 2.The pressure nozzle 1 is made in the form of a truncated cone, with a small narrowing angle in the direction of the air flow outlet, has a profile damper 4 in order to avoid exhaust exhaust from the pressure nozzle when the car is stopped. The output edge of the pressure nozzle 1 has a cylindrical shape and is connected to the mixing chamber 2.

Камера смешения 2 выполнена в виде цилиндра, с одной стороны соединена с выхлопной системой автомобиля, а с другой - с диффузором 3, имеет местное расширение в месте сопряжения с напорным соплом 1.The mixing chamber 2 is made in the form of a cylinder, on the one hand it is connected to the exhaust system of the car, and on the other hand, to the diffuser 3, it has local expansion at the interface with the pressure nozzle 1.

Диффузор 3 выполнен в виде усеченного конуса с малым углом расширения, с одной стороны соединенного с камерой смешения, а с другой - с атмосферой.The diffuser 3 is made in the form of a truncated cone with a small angle of expansion, on the one hand connected to the mixing chamber, and on the other, with the atmosphere.

Профильная заслонка 4 выполнена в виде пластины, закреплена в напорном сопле 1, имеет диаметр, равный напорному соплу 1 в месте крепления.Profile shutter 4 is made in the form of a plate, is fixed in the pressure nozzle 1, has a diameter equal to the pressure nozzle 1 at the attachment point.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При движении автомобиля с определенной скоростью в напорном сопле создается набегающий поток воздуха, который отклоняет профильную заслонку, разгоняется к месту крепления напорного сопла к камере смешения за счет сужения напорного сопла. Выхлопные газы подаются в камеру смешения, обтекая выходную кромку напорного сопла. При входе напора воздуха в камеру смешения со скоростью, превышающей скорость истечения выхлопных газов, выхлопные газы увлекаются воздухом в камеру смешения, реализуя понижение давления Р_r на выходе из системы выхлопа, а так как количество эжектирующего воздуха больше, чем количество эжектируемых выхлопных газов реализуется, то таким образом это принцип эжекции (см. например, "Теплотехника" под редакцией В.Н.Луканина, М.Г.Шатрова, Г.М.Камфера и др. М.: Высшая школа, 2002).When the car moves at a certain speed, an oncoming air stream is created in the pressure nozzle, which deflects the profile damper, accelerates to the attachment point of the pressure nozzle to the mixing chamber due to the narrowing of the pressure nozzle. Exhaust gases are fed into the mixing chamber, flowing around the outlet edge of the pressure nozzle. When the air pressure enters the mixing chamber at a speed exceeding the exhaust gas flow rate, the exhaust gases are entrained by air into the mixing chamber, realizing a decrease in pressure P _r at the outlet of the exhaust system, and since the amount of ejected air is greater than the amount of ejected exhaust gases, then in this way it is the principle of ejection (see, for example, "Heat Engineering" edited by V.N. Lukanin, M.G. Shatrov, G.M. Camfer and others. M .: Higher School, 2002).

Пониженное давление поддерживается потоком воздуха при дальнейшем движении автомобиля с определенной скоростью.The reduced pressure is maintained by the air flow during further movement of the car at a certain speed.

Величина расширения диффузора, сужения напорного сопла, площадь основания напорного сопла и диаметры подбираются экспериментально для условий движения и скоростных характеристик каждого автомобиля.The magnitude of the expansion of the diffuser, the narrowing of the pressure nozzle, the base area of the pressure nozzle and the diameters are selected experimentally for the driving conditions and speed characteristics of each car.

Claims

Ускоритель потока выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий напорное сопло, выполненное в виде усеченного конуса, направленного навстречу потоку воздуха, набегающего на автомобиль при его движении, камеру смешения, выполненную в виде цилиндра, отличающийся тем, что содержит диффузор, выполненный в виде усеченного конуса, соединенный с одной стороны с камерой смешения, а с другой - с атмосферой, напорное сопло имеет профильную заслонку, а камера смешения имеет расширение в месте сопряжения с напорным соплом.An accelerator of the exhaust gas flow of internal combustion engines containing a pressure nozzle made in the form of a truncated cone directed towards the air flow running onto the car during its movement, a mixing chamber made in the form of a cylinder, characterized in that it contains a diffuser made in the form of a truncated cone connected to the mixing chamber on the one hand and to the atmosphere on the other, the pressure nozzle has a profile shutter, and the mixing chamber has an expansion at the interface with the pressure nozzle.