Двигатель внутреннего сгорания

 

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок цилиндров , турбокомпрессор и по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода, каждый из которых подключен к выпускным патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным диффузором, подключенным к турбокомпрессору , и цилиндрическими впус ньми патрубками, расположенными под углом друг к другу и подсоединенными каждый своим входным отверстием к выходному отверстию одного из тру бопроводов, а через эжектирующее I К 7i:rirr-r сопло - к минимальному сечению диффузора , отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности , отношение площади проходного сечения эжектирующего сопла к площади входного отверстия впускного патрубка равно 0,82-1,0, а отношение диаметра выходного отверстия трубопровода к диаметрувходного отверстия впускного патрубка равно 1,1-1,5 и между каждым (впускным) патрубком и трубопроводом установлен переходник. 2.Двигатель по п. 1, о т л и чающийся тем, что отношение диаметра минимального сечения вы-ходного диффузора к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно 1,0-1., 3. 3.Двигатель по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что по меньшей мере один выпускной трубопровод выполнен изогнутым, а впускные патрубки преобразователя импульсов расположены между цилиндрами двигателя. 13 8 31 1 S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1.1

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

1 F@0F

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3266740/25-06 (22) 20.01.81 (46) 23,03.86. Бюл. 9 ll (71) Центральный научно-исследовательский диэельньп институт и Производственное объединение "Пенздизельмаш" (72) Е.С. Горбунов, А.В. Касьянов и М.И. Ионаенко (53) 621.43.06(088.8) (.56) Патент Франции Р 2147426, кл. F О1 N 7/00, 1973. (54)(57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ, содержащий блок цилиндров, турбокомпрессор и по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода, каждый из которых подключен к выпускным патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным диффузором, подключенным к турбокомпрессору, и цилиндрическими впускными патрубками, расположенными под углом друг к другу и подсоединенными каждый своим входным отверстием к выходному отверстию одного.из тру. бопроводов, а через эжектирующее

„,SU„„103769? A (g) 4 F 02 В 37/00 F 01 N 7/00 сопло — к минимальному сечению диффузора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, отношение площади проходного сечения эжектирующего сопла к площади входного отверстия впускного патрубка равно 0;82-1,0, а отношение диаметра выходного отверстия трубопровода к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно

1,1-1,5 и между каждым (впускным) патрубком и трубопроводом установ- . лен переходник.

2. Двигатель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что отношение диаметра минимального сечения вы ходкого диффузора к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно 1,0-1,3.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что по меньшей мере один выпускной трубопровод выполнен изогнутым, а впускные патрубки преобразователя импульсов расположены между цилиндрами двигателя.!

О

20

45

1 1

Изобретение относится к машиностроению, а. именно к двигателестроению, к выхлопным устройствам двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие блок цилиндров, турбокомпрессор и по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода, каждый из которых подключен к выпускным патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным диффузором, подключенным к турбокомпрессору, и цилиндрическими впускными патрубками, расположенными под углом один к другому и подсоединенными каждьп1 своим входным отверстием к вьгсодному отверстию одного из трубопроводов, а через эжектирующее сопло — к минимальному сечению диффузора.

Однако такие двигатели имеют повышенные потери давления отработавших газов при подводе их от цилиндров к турбине из-за отсутствия рациональных форм и соотношений размеров в газовыпускной магистрали, что приводит к повышенным скоростям движения, внезапным расширениям потока при выходе из эжектирующего сопла и недостаточному качеству продувки. Потери давления газа снижают мощность турбокомпрессора и соответственно коэффициент полезного действия двигателя, т ° е. его эффективность °

Цель изобретения — повышение эффективности работы двигателя путем уменьшения потерь давления подводимых к турбине газов и улучшения качества продувки, а также из-за уменьшения длины двигателя.

Это достигается тем, что площадь проходного сечения эжектирующего сопла выполнена меньше площади входного отверстия впускного патрубка в соответствии с соотношением

0,82-1,0, а соотношение диаметров выходного отверстия трубопровода и входного отверстия впускного патрубка выполнено равным 1,1-1,5 и между каждым патрубком и трубопроводом

S установлен переходник.

Кроме того, отношение диаметра минимального сечения выходного диффузора к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно 1,0-1,3 и

037697 2 по меньшей мере один выпускной трубопровод выполнен изогнутым, а впускные патрубки преобразователя импульсов расположены между цилиндрами двигателя.

На фиг. 1 .показан двигатель внутреннего сгорания, вид сбоку; на фиг. 2 — поперечное сечение двигателя внутреннего сгорания по первому цилиндру; на фиг, 3 — продольный разрез по преобразователю импульсов давления, вариант t; ца фиг. 4 — поперечное сечение ио эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления, вариант 1; на фиг, 5 — продольный разрез по преобразователю импульсов давления, вариант 1I; на фиг, 6 — поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления, вариант 3 1; на фиг. 7 — вид сбоку двигателя внут" реннего сгорания с шестью цилиндра ми в ряд, вариант 111; на фиг. 8 вид сбоку двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд, вариант 1У на фиг, 9 — поперечное сечение двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд по проходному сечению на входе в диффузор, вариант 1У; на фиг. 10— продольный разрез по преобразователю импульсов давления двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд, вариант 1У; на фиг.

11 — поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд, вариант ГУ; на фиг. 12 — график изменения коэффициента (К) гидравлического сопротивления преобразователя импульсов давления при уменьшении площади проходного сечения эжектирующих сопл.

Двигатель внутреннего сгорания содержит блок 1 цилиндров 2, 3, 4 и 5, турбокомпрессор 6, по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода 7 и 8 и преобразователь 9 импульсов давления. На цилиндрах 2, 3, 4 и 5 установлены крышки 10, ll 12 и 13 цилиндров, в которых выполнены выпускные каналы 14.

Трубопроводы 7 и 8 подключены к выпускным патрубкам 15, 16, 17 и 18 цилиндров 2, 3, 4 и 5 и к преобразователю 9 импульсов. Последний содержит выходной диффузор 19 и ци1037697

3 линдрические впускные патрубки 20 и 21, расположенные под углом 22 (оС) один к другому и подсоединенные каждый своим входным отверстием 23 и 24 к выходному отверстию 25 и 26 одного из трубопроводов 7 и 8, а через эжектирующее сопло 27 и 28— к минимальному сечению 29 диффузора 19. Между каждым впускным патрубком 20 и 21 и трубопроводом 7 и 8 установлены переходники 30 и

3l которые выполнены плавно сужающимися от большего проходного сече.ния к меньшему.

Площадь S проходного сечения 32 и 33 эжектирующего сопла 27 и 28 выполнена меньше площади F входного

2 отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 в соответствии с соотношением 0,82-I,Î, а отношение диамет5 ров - - выходного отверстия 25 и 26

Р трубопровода 7 и 8 к входному отверстию 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 выпопнено равным l,l 1,5, Отношение диаметра D минимального сечения 29 выходного диффузора 19 к диаметру D входного отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 выполнено равным l 0-1,3.

В вариантах двигателя (см. фиг.7 и 8) по меньшей мере один из трубопроводов (например, 8) может быть выполнен изогнутым, а впускные патрубки 20 и 21 преобразователя 9 импульсов расположены между цилиндрами двигателя.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез цилиндра 2 и крышки 10 с открытым выпускным клапаном 34. Выпускной канал 14 имеет плавный переход от сечения 35 площадью Гл, открываемого клапаном 34, к сечению 36 площадью Р „ . Выпускной.патрубок 15 (16, 17 и 18) имеет плавный переход от сечения 36 площадью F к сечению выпускного трубопровода 7 и 8 площадью F, . Угол 22 (ck) между патрубками 20 и 21 рекомендуется выполнять не более 30 . Длина Ь, диффузора 19 выполняется из условия, чтобы при угле 37 (Р) раскрытия диффузора 19, равном.7-9, диаметр ) проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19 был равен или несколько больше диаметра T) выходного отверстия 25 и 26. При угле p, равном 7-9, входная часть диффузора 19 выполняет функцию смесительной трубы.

На фиг. 5 изображен вариант 11 преобразователя 9 импульсов. Здесь угол 3. выполнен более 30, а для плавного перехода применен разделитель 39 потоком, длинаl которого выполнена такой, что площадь Я проходного сечения 32 и 33 эжектирующего сопла 27 и 28 составляет не менее

0,82 площади Г входного отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21.

На фиг. 7 изображен общий вид шестицилиндрового двигателя (вариант

111). В этом .варианте двигатель содержит цилиндры 2, 3, 4, 5, 40 и 41, крышки 10, 11 12, 13, 42 и 43. цилиндров и выходные патрубки 15, 16, l7, 18, 44 и 45. Отличительной особенностью этого варианта двигателя является то, что выпускной трубопро0 вод 8 выполнен изогнутым, а впускные патрубки 20 и 21 преобразователя 9 импульсов расположены между цилиндрами 5 и 41 двигателя. Трубопровод 8 снабжен поворотным участком 46.

На фиг. 8 показан вариант 1+ двигателя, содержащего восемь цилинд-. ров. Отличительной особенностью этого варианта двигателя является наличие дополнительных цилиндров 47 и 48, крышек 49 и 50, выпускных пат.— рубков 51 и 52, выпускных трубопроводов 53 и 54, впускных патрубков 55 и 56, переходников 57 и 58 и поворотного участка 59.

В этом варианте двигателя разделитель потоков 39 выполнен звездо образным (см. фиг. 11), Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В конце процесса расширения, например, в цилиндре 2 открывается выпускной клапан 34 и отработавшие в двигателе газы высокого давления, направление движения которых показано на фиг.2

45 сплошными стрелками, поступают в выпускной трубопровод 7 с площадью проходного сечения F через проход1 ное сечение 35 (площадью F )

3 по выпускному каналу 14, через про50 ходное сечение 36 (площадью Р ) и

J( по выпускному патрубку 15. Из выпускного трубопровода 7 газы по переходнику 30 поступают во впускной патрубок 20 и затем через эжектирующее сопло 27 поступают в мини55 мальное сечение 29 выходного диффузора 19 и далее в турбокомпрессор 6.

При этом поток отработавших газов высокого давления, проходя по кана!

037697

На фиг. 12 изображен график изменения коэффициента гидравлического сопротивления преобразователя. 9 импульсов, где кривая а — для переходника 30 и 31, а кривая,б — для эжектирующего сопла 27 и 28. Нт ось ординат нанесено значение коэффициента гидравлического сопротивлений, отнесенного к площади проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19. На ось абцисс нанесено значе40

D ние отношения диаметров - - проходП ных сечений выходного отверстия 25 и 26 и входного отверстия 23 и 24, а также отношение площади S проходного сечения эжектирующего сопла 27 и 28 к площади F проходного сечет ния впускного патрубка 20 и 21. Из фиг. 12 видно, что сужение потока лу 14 и по выпускному патрубку 15, постепенно расширяется. По выпускному трубопроводу 7 поток движется с пониженной скоростью и поэтому с

5 уменьшенными потерями давления. В переходнике 30 от выходного отверс" тия 25 плоцадью Р.„ до входного отверстия 23 площадью К поток плавно сужается и скорость его снова возрастает. Во впускном патрубке 20, имеюцем постоянное проходное сечение площадью F, скорость потока

2 ь выравнивается по сечению. Выходя из эжектирующего сопла 2? с проходным сечением 32 площадью S, поток создает разрежение у смежного эжектирующего сопла 28-и эжектирует газы низкого давления, поступающие из цилиндра, например 3, по выпускному трубопроводу 8 и патрубку 21. Направление потока газа низкого давления показано на фиг. 1 и 3 штриховыми стрелками. В выходном диффузоре 19 потоки газов смешиваются, скорости их вы- 5 равниваются. В результате расширения общего потока по длине Ь„ от минимального сечения 29 до сечения 38, имеющего площадь проходного сечения равную или йесколько большую площа- 30 ди Г проходного сечения выпускного

1 трубопровода 7 (или 8), скорость потока уменьшается до скорости в выпускном трубопроводе 7 (или 8) и ниже, а давление газов восстанавли35 вается. непосредственно в эжектируюцем сопле 27 и 28 при отношении S/F от

1,0 до 0,82 незначительно увеличивает сопротивление по сравнению с таким же сужением потока только в переходнике 30 и 31 в диапазоне отно11 шений - от 1 0 до 1 1. При боль1)

У Э 2 шем сужении потока сужение в переходнике 30 и 31 в диапазоне отношений от 1,1 до 1,5 вызывает в 1,52 5 раза меньше сопротивление (кривая а) по сравнению с сужением непосредственно в сужающемся эжектирующем сопле 27 и 28 (кривая б).

Кроме вариантов двигателя с двумя и четырьмя выпускными трубопроводами, присоединенными к одному преобразователю импульсов давления, могут быть варианты и с другим количеством выпускных трубопроводов, например, с тремя или пятью, присоединяемых к одному преобразователю импульсов. Во всех вариантах оптималь ными являются: отношение площади S проходного сечения эжектируюцего сопла 27 и 28 к площади проходного сечения впускного патрубка 20, 21, 55 и 56 в диапазоне от 0,82 до 1,0; отношение диаметра D к диаметру

D — в диапазоне от 1,0 до 1,3, при этом меньшее значение для четырехцилиндрового двигателя, среднее значение для шестицилиндрового, а большее — для восьмицилиндрового двигателя; отношение площади F проходного трубопровода 7, 8, 53 и 54 к площади Р проходного сечения 35 выпускных клапанов 34 от 0 до 1,5, при этом меньшее значение для двухтактного двигателя с четырьмя выпускными клапанами в крьшп;е цилиндра, а большее значение для четырехтактного двигателя с двумя или одним выпускным клапаном; отношение диаметра D проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19 к диаметру D„ выходного отверстия 25 и 26 в диапазоне от 1,0 до 1,5, при этом большее значение для восьмицилиндрового двигателя.

Таким образом, описываемый двигатель внутреннего сгорания позволяет уменьшить длину выпускных трубопроводов, улучшить качество продув103 7б 7

А-4.п Zi

20 ки и повысить работоспособность отработавших газов, поступающих в турбокомпрессор. В результате этого повышается мощность, турбокомпрессора и эффективность работы двигателя.

1ОЗ7И7

Г

М 57

53

57

1037697

И Ы О П M g э, чь аза циг азов gl ;

1О ЦВИ

Фиа!2

Редактор р. Кузнецова Техред И.Верес Корректор Е. Сирохман

Заказ 1338/3 Тираж 523 Подписное

BfiHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4