ВЕНТИЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к системам вентиляции салона и наддува двигателя автомобиля.

Известна отопительно-вентиляционная система локомотива, содержащая выпускной патрубок двигателя внутреннего сгорания в виде активного сопла эжектора, пассивное сопло которого непосредственно сообщено с машинным отделением локомотива (см. а.с. СССР №1497069, МКИ В 60 Н 1/18).

Недостатком известного технического решения является невозможность гарантированного исключения выброса отработавших газов в машинное отделение.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является отопительное устройство для транспортного средства, содержащее теплообменник, сообщенный воздуховодом с салоном транспортного средства и установленный в выхлопном тракте двигателя, турбокомпрессор для подачи воздуха из теплообменника в салон, турбина и компрессор которого установлены перед теплообменником, причем компрессор установлен в воздуховоде, а турбина - в выхлопном тракте двигателя, к которому подключен параллельно турбине обводной канал (см. а.с. СССР №1586923, МКИ В 60 Н 1/18).

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции узла, обеспечивающего подачу воздуха в салон автомобиля за счет энергии выхлопных газов и трудоемкость его изготовления, а также ненадежность и невозможность его применения на двигателях малой мощности.

Была поставлена задача упростить конструкцию узла, обеспечивающего подачу воздуха в салон автомобиля, увеличить его надежность и обеспечить возможность применения на двигателях малой мощности.

Поставленная задача решается за счет того, что вентиляционное устройство, содержащее выхлопную трубу двигателя, воздуховод, сообщенный с салоном транспортного средства, дополнительно снабжено камерой, разделенной на две полости мембраной, выполненной из упругого материала или подпружиненным поршнем, при этом одна полость камеры соединена с выхлопной трубой, а другая - с воздуховодом, кроме того, на воздуховоде перед камерой и за камерой установлены соответственно впускной и выпускной клапаны, при этом за выпускным клапаном может быть установлен переключающий клапан, соединенный с впускным трубопроводом двигателя.

Отличительный признак заявляемого технического решения от наиболее близкого аналога, заключающийся в наличии дополнительной камеры, разделенной на две полости мембраной, выполненной из упругого материала или подпружиненным поршнем, позволяет значительно упростить конструкцию узла, обеспечивающего за счет энергии выхлопных газов подачу воздуха в салон автомобиля, а установка на воздуховоде перед камерой и за камерой соответственно впускного и выпускного клапанов позволяет создать направленное течение воздуха от впускной трубы воздуховода в салон автомобиля.

Отличительный признак, заключающийся в установке за выпускным клапаном переключающего клапана, соединенного с впускным трубопроводом двигателя, позволяет повысить мощность двигателя.

Анализ заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность указанных выше существенных признаков ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности “новизна”.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявляемой совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Заявляемое техническое решение поясняется, чертежами где:

на фиг.1 изображена схема вентиляционного устройства с мембраной, вариант 1;

на фиг.2 изображена схема вентиляционного устройства с подпружиненным поршнем, вариант 1;

на фиг.3 изображена схема вентиляционного устройства с мембраной, вариант 2;

на фиг.4 изображена схема вентиляционного устройства с подпружиненным поршнем, вариант 2.

Вентиляционное устройство содержит двигатель 1, выхлопную трубу 2, камеру 3. Внутри камеры 3 установлена мембрана 4, выполненная из упругого материала, или подпружиненный поршень 5. Мембрана 4 или поршень 5 разделяют камеру 3 на две полости 6 и 7. Полость 6 соединена с выхлопной трубой 2, а полость 7 соединена с трубой 8 воздуховода, снабженной впускным клапаном 9 (например, обратный, лепестковый) и с трубой 10 воздуховода, снабженной выпускным клапаном 11 (например, обратный, лепестковый). Труба 10 соединена с салоном автомобиля 12.

По второму варианту вентиляционного устройства за выпускным клапаном 11 установлен переключающий клапан 13, соединенный воздуховодом 14 с впускным трубопроводом двигателя 1.

Вентиляционное устройство работает следующим образом.

Выхлопные газы от двигателя 1 по выхлопной трубе 2 поступают в полость 6 камеры 3, создавая импульсы давления в полости 6. Мембрана 4 под воздействием импульсов давления вибрирует, создавая подобные импульсы давления в полости 7, при этом при возрастании давления в полости 7 клапан 9 закрывается, а клапан 11 открывается и воздух из полости 7 поступает по воздуховоду в салон автомобиля 12.

При снижении давления в полости 7 клапан 11 закрывается, а клапан 9 открывается и новая порция воздуха поступает по трубе 8 воздуховода в полость 7. Таким образом, создается направленное течение воздуха от впускной трубы 8 воздуховода в салон автомобиля 12.

Вместо мембраны 4 можно использовать подпружиненный поршень 5.

В определенных случаях, например, при необходимости повышения мощности двигателя 1 можно с помощью переключающего клапана 13 направить нагнетаемый воздух из трубы 10 воздуховода по воздуховоду 14 во впускной трубопровод двигателя 1.

Возможность применения заявляемого технического решения рассмотрим на примере вентиляционного устройства со следующими параметрами:

- диаметр мембраны равен 2r=30 см;

- прогиб мембраны от среднего положения h=3,0 см;

- значение номинальных оборотов четырехцилиндрового двигателя n=2600 об/мин.

В современных автомобилях для вентиляции салона необходимое количество воздуха составляет не более 10 м³/м. Изменение объема в камере при работе двигателя будет равно примерно двум объемам шарового сектора, ограниченного кругом диаметром 2r из-за прогиба мембраны в обе стороны от среднего положения в результате перепада давления в полости 6 и инерционности самой мембраны. Мембрана под действием очередной волны давления выхлопных газов прогибается, затем когда давление в полости 6 спадет, мембрана под действием сил упругости сначала возвращается в прежнее положение и далее в результате возникшего разрежения в полости 6 и под действием сил инерции прогибается в обратную сторону. Объем воздуха, вытесненного из камеры при прогибе мембраны в одну сторону, равен объему шарового сектора:

v=Пh(3r²+h²)/6=3,14×3(3×15²+3²)/6=1074,4 см³.

Учитывая и прогиб мембраны в другую сторону от сил инерции и перепада давления, получаем примерно V=2v=2×1074,4=2148,9 см³. Тогда общее количество перекачиваемого через камеру воздуха за одну минуту будет равна: V₁=V×2n=2148,9×2×2600=11174016,8 см³=11,2 м³/мин.

Здесь V умножаем на 2n, т.к. рабочий ход в четырехцилиндровом двигателе за один оборот коленчатого вала двигателя будет совершаться в двух цилиндрах. Полученное значение V=11,2 м³/мин больше, чем требуется при необходимых, максимальных значениях вентиляции салона в современных автомобилях.

Возможно также изготовление мембраны меньших размеров, в случае если оставить вентилятор отопителя в конструкции автомобиля, уменьшив его габариты и отопителя в целом.

Заявляемое техническое решение имеет надежную и простую конструкцию узла, обеспечивающего за счет энергии выхлопных газов подачу воздуха в салон автомобиля, и его можно применять на двигателях малой мощности.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использованием современных технологий.