Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к машиностроению. Цель - повышение эффективности устройства и уменьшение его габаритов путем объединения цилиндров в группы с числом цилиндров не более четырех. Устройство содержит впускной трубопровод резонансной длины, объединяющий через впускные патрубки цилиндра с несовпадающими фазами впуска и снабженный отражателем колебаний. Трубопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров, огибает цилиндры по окружности и расположен симметрично относительно крайних цилиндров, а отражатель колебаний установлен на равных расстояниях от крайних цилиндров и со стороны, противоположной впускным патрубкам. Отражатель колебаний выполнен в виде патрубка, установленного перпендикулярно оси трубопровода и обращенных один к другому открытых концов трубопровода. Открытые концы трубопровода заключены в замкнутую емкость, имеющую входной патрубок. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СО!.1> )АЛИСТИЧЕСНИ Х
РЕСПУБЛИК
„„SU„„ l 5 t 6609 (51)4 F 02 В iT 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ
И .l
> . и и j>(>t и р» а к ( (7 < >, (! >(>
I 1 j», (.>— 1 и
:! > . 1 . б >- (>
-<, Устрсис .в > <1(Г<. 2., о т
Ю с .-), 11, >т(,!ж,<> « . -, ч к ш р е с я
К О <1 Е С;! НИ Й B ) 1(i (>I I I! (. адин к другому «т
i1 Н ВИД(.>t> )>:- 11;> < I »
bi (I,I;: К >НЦОН j>>, (i>. провода.
5. устройс твс ч а ю щ е е с я к: нпы трубопр<>в(д ну! у7() емк ос т (< и>) рубок .
) I O <>, 4,, 1 и i > i < ч т(» > к pt)"òh< .
» ак.п><>ч ()1! 1 11
Е)СЩУЮ НХ(ДН >й и» I—
," (:Ь
СР
CO ры. дн (I.»T(It,; i<1 ф!<г. 4
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К Д BTOPCHOMY СВИ4ЕТЕПЬСТВУ
1 (21) 2780288/?5-OF (22) 15.06.79 (46) 23,10,89. Бюл ° I! 39 (71) Завод транспортного машиностроения им. В.И. Ленина (72) В.Б, Пушкарев и И,В, Козь((енко (53) 62).43-224.4(088,8) (56) Авторское снидетельстно !!РI>
М 11805, кл. F 02 В 27/00, опублик, 1 967, (54)(57) I. УСТРО!!(:ТВ();1. )Я РЕЗО!(. .!!ОНОГО
НА(!ДУВА ДВИГАТЬ..!Я ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее впускной -,ðó(сир«вод резонансной длины, об! единяю<)(ий (е; ез впускные па гр>бки;)илиндры с Hссонпадаюп(ими фазами ".ïócêi) и с набженный отражателем колебании, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффек гинности и уменьшения габари7 он путем объединения цилиндров в группы с числом цилиндров не более четырех, трубопровод расположен н плоскости, перле))ьикулярной оси цилиндров, и (it(()<.лнен огибающим цилиндИзобретение относится к машино> строению, а именно к двигателестроению, в частности к устройствам для газодинамического наддува двигателей внутреннего с горация, использующим кинетическую и волн .ву- энергию заряда воздуха или тс;и; иновоздуп."<(ой смеси в системах впуска.
Целью изобрс Г=ния чнляется 1<с ныШЕНИЕ ЭффЕКтИ)ь И Г;< УС тРОйСтна И уменьшение его г ()бя(>)(тон путем объединения цилинлрон н группы с числом цилиндров не бол< е ч(.тырех.
2, У j (7)I« пс; и, I, а т ч (1 I(III, с . c (я 7 а" 1, чт(руб<> о гиб 1 < T
Гlоло t ()1 с имме . I ич но о тн(>си т(ль и
", (>» йних пили! н! (>< н, а о т » :, T(. Л( лсбаний уст) но ..<ен н(рьвнь х р» ниях от край:;и;: <(и пинцр >i и с. ньl протиноп (7с>, и< и впуск II!,N па кам.
3. Устр(i:;-;o rl. и., о ч а )< ш е с ч ", ".т> с71>,ж с оп(-б»н(<й вt Рl (.!! >1< и 1> i! i " il - j> . ус ;)ио))IIet(:< ii(-;>и. )(I .:.:>tI(> т;:. -и ров —:.,: .
На фиг. и )«6j>»>K(< р(Г I! I . < м с устройство д:(я дв(.I а г л>1 р числ(< 1)и— линдров более четырсх на при)< .рс 6цилиндров >) о двигателя; и;1 фиг. 2 то же, в трехцилиндоов(1< и< (с линни на фиг. 3 — ак Гстичсска<) м.ле((I тр кус T)+4 скзя м >д(ль и нс сти г(> у(. ройства; на фиг. 5 — »кусти <с аки д из неc H(> I > H:и :j>(I цл» г»«. ."()1 > - ( ройств; H фи< . — ус тр й. (I< 1 ражателем кс 1(б <1 и i< t<)
15)6609 провода; на фиг. 7 — устройство с ресивером-отражателем в виде дополнительной емкости; на фиг. 8 — акустическая модель шестицилиндрового устройства; на фиг. 9 — шестицилиндровое устройство с отражателем колебаний в виде обращенных друг к другу открытых концов трубопровода; на фиг. 10— то же, с ресивером-отражателем; на фиг ° 11 — диаграммы изменения давления в трубопроводе до и после разветвления; на фиг.,12 — неравномерность наполнения по цилиндрам с несимметричным трубопроводом; на фиг. 13 — эффективность работы устройства с несимметричным (известное устройство) и симметричным трубопроводами.
Предлагаемое устройство содержит впускной трубопровод резонансных длины и диаметра, впускные патрубки
2, цилиндры 3-8 двигателя 9 и перегородку 10. Отражатель колебаний может быть выполнен либо в виде патрубка 11, установленного перпендикулярно оси трубопровода и на равных расстояниях от крайних цилиндров 3 и 8 (или 3 и 5), либо в виде обра,щенных один к другому открытых концов 12 трубопровода, которые могут быть заключены в замкнутую емкость
13 с входным патрубком 14. Трубопровод 1 расположен в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров 3-8, и выполнен огибающим цилиндры.
Устройство работает следующим образом.
Под влиянием периодического всасывающего действия поршней на такте впуска во впускном трубопроводе 1, огибающем цилиндры 3-8, возникают вынужденные колебания столба воздуха (или топливовоздушной смеси), поступающего в устройство через патрубок 11, которые принимают форму волн давления °
Эти волны распространяются в обе стороны от цилиндров вдоль оси трубопровода 1 и доходят до патрубка 11.
Из теории звукопроводов известного, что разветвлеиие трубопроводов, подобное ответвлению патрубка 11 от трубопровода 1, является отражателем колебаний, поступающих к ответвлению с обеих сторон, Таким образом, с акустической точки зрения латрубок 11, расположенный перпендикулярно оси трубопровода 1, 10
55 эквивалентен конечному раз ыву в сплошности грубопровода 1 и от этого разрыва колебания отражаются. как от открытых концов, сообщенных с а тмосферей. Отражаясь от разветвления, колебания до открытого среза патрубка
11 не доходят, чем обеспечивается автономность этой колебательной системы. Иэ укаэанного следует, что акустической моделью предлагаемого устройства является трубопровод, открытый с обеих сторон, симметрично открытым концам которого подключены цилиндры двигателя. При определенных значениях длины и диаметра этого трубопровода вынужденные колебания от всасывающего действия поршней совпадают с собственными колебаниями основной частоты столба воздуха (или топливовоэдушной смеси), заключенного в нем, что ведет к возникновению в трубопроводе стоячей волны.
Из теории колебаний в трубопроводах известно, что трубопровод е o6.— ими открытыми концами, возбужденный собственной частотой колебаний, дает стоячую волну давления с пучностью (максимальным изменением амплитуды давления) посередине трубопровода и двумя узлами (отсутствием колебаний) на открытых концах трубопровода °
Иэ акустической мсдели (фи., следует, что петр бои †ð. A 09 6 5 15166 достигиута наибольшая подача добавоч-, ного рабочего тела в цилиндры двигателя. Равномерность распределения дополнительного количества рабочего тела по цилиндрам в рассматриваемом устройстве так же, как и для несимметрично. го трубопровода, зависит от степени сосредоточенности цилиндров в зоне максимального давления (пучности) стоячей волны. Для сравнения на фиг. 4 приведена акустическая модель известного устройства, 15 У полуволновой настройки есть и принципиальное преимущество в обеспечении лучшей равномерности подачи рабочего тела по цилиндрам (b»r ° 5 . На фиг. 5 приведены акустически модели устройства с четвертië о .«» о. настройкой 15 и с полуволновой настройкой 16, которые имеют одинаковое число цилиндров и равные частоты колебаний, т.е. одинаковую пологость 25 падения волны давления, Как видно из фиг, 5, для полуволновой настройки 16 крайние цилиндры двигателя находятся в зоне больших давлений и совмещены своими пучнос- 3О тями ° Как видно из фиг. 5, для полуволновой настройки 16 крайние цилиндры двигателя находятся в зоне больших давлений, чем цилиндр, наиболее уда35 ленный от стенки в устройстве с четвертьволновой настройкой 15. Объясняется это тем, что полуволновая настройка состоит из двух четвертей волны, как бы пристыкованных друг к 4О другу своими пучностями, чем обеспечиваются большая по протяженности эона максимальных давлений в пучности, а следовательно, и большая пологость волны. Если в известном уст- 45 ройстве подача рабочего тела к цилиндрам происходит по трубопроводу с одной стороны, то в предлагаемом устройстве подача рабочего тела идет по одному трубопроводу, но с обеих сторон, так как оба конца трубопровода открыты. При одинаковых, например, диаметрах трубопроводов, числах цилиндров и числах оборотов двигателя дл моде- 55 лей 15 и 16 средняя скорость движения рабочего тела в предлагаемом устройстве в два раза меньше, поскольку рабочее тело подходит к цилиндрам одновременно с обоих концов, снимает гидравлические потери в предлагаемом устройств . Снижению гидравлических потерь также спосооствует кольцевая форма трубопровода 1, наличие котар",й позволяет органически вписать трубопровод в конструктивные формы двигателя, например, расположив то вокруг блока цилиндров. Это обеспечивает высокую компактность и одновременно позволяет получить достаточно большие радиусы поворота на торцовых участках, уменьшив тем самым потери, связанные с поворотом потока, Повьппение компактности заметно способствует также замене объемаотражателя разветвлением-отражате— г. колебаний, Таким образом, повышение компактности, улучшение компоновочных возможностей, снижение гидравлических потерь .и повьппение равномерности распределения рабочего тела по цилиндрам в предлагаемом устройстве для газодинамического поддува двигателей внутреннего сгорания по сравнению с известным устройством достигнуто эа счет замены несимметричного изогнутого впускного т "бопровода на симметричный впускной трубопровод кольцевой формы с отражением колебаний от разветвления вместо отражателя-ресивера и размещения кольцевого трубопровода с использованием конструктивных форм двигателя, практически не выходя из его габаритов. Наличие патрубка-отражателя делает работу предлагаемого устройства автономной, Устройство в равной степени может работать с открытым входом патрубка в атмосферу, а также с присоединенными к нему агрегатами: воэдухоочистителем, глушителем шума, впуска, карбюратором, механическим агрегатом наддува и др, В тех случаях, когда впускной тракт двигателя не имеет дополнительных установленных агрегатов, входной патрубок-отражатель может быть заменен открытыми в атмосферу и обращенньпяи один к другому концами трубопровода 1.(фиг, 6), Возможна также замена патрубка-отражателя на ресивер-отражатель. писание и работа устройства, иэ.ораженного на фиг. 2, относятся к случаю, когда блок цилиндров двигателя содержит количество цилиндров 1516609 не более четырех, при котором соблюдается условие несовпадения фаэ работы цилиндров на такте впуска. Если двигатель имеет в блоке количество цилиндров более четырех, то известное устройство практически работать перестает, а для сохранения эффекта наддува должны быть внесены изменения (фиг. 1) на примере 6-цилиндрового двигателя. В этом случае впускные патрубки 2 цилиндров двигателя 9 объединены трубопроводами 1, огибающими группы цилиндров 3-5 и 6-8 с несовпадающими фазами впуска. Трубопроводы 1, огибающие группы цилиндров, имеют общую перегородку 10, 20 Трубопровод 1 имеет также патрубок 11, расположенный перпендикулярно к оси трубопровода 1 и на равных расстояниях от перегородки 10 и от крайних цилиндров 3 и 8 двигателя 9, измеренных по оси трубопровода 1, Симметричный кольцевой трубопровод 1 имеет конфигурацию, повторяющую конструктивные формы двигателя 9, например, блока цилиндров двигателя. Изменение избыточного давления P„ во впускном трубопроводе 1 шести- цилиндрового двигателя приведено на фиг. 8. Практическая проверка предлагаемого устройства и его элементов выполнена 35 на рядном дизельном двигателе размерностью S/D=15/18. Оценка величины дополнительного количества воздуха, поданного в ци- 40 линдр на такте впуска за счет работы устройства, производилась замером величины давления конца сжатия в цилиндре (Р кг/см ) при отключенной форсунке подачи топлива и сравнением 45 полученной величины P с контрольным замером этой же величины без устройства (когда воздух засасывается цилиндром через впускной патрубок непосредственно из атмосферы), При прочих равных условиях изменение расхода воздуха через цилиндр пропорционально изменению давления конца сжатия Р На фиг. 11 показаны результаты замеров изменения давления P в патрубке-отражателе 11 предлагаемого устройства и в районе расположения цилиндров двигателя по углу поворота коленчатого вала двигателя, Кривая 17 относится к замерам в трубопроводе в районе расположения цилиндров, а кривая !8 — в патрубке, перпендикулярном трубопроводу. Как следует из фиг. !1, колебания давления, явно выраженные в трубопроводе 1, в патрубке 11 уменьшаются примерно в 3 раза по амплитуде, что свидетельствует об отражении колебаний от исследуемого разветвления. Одновременно указанное снижение амплитуды колебаний давления в патрубке 11 подтверждает, что последний находится в зоне узла колебаний столба рабочего тела в трубопроводе с полуволновой (или четвертьволновой) настройкой. На фиг ° 12 приведены результаты определения неравномерности распределения добавочного количества воздуха по цилиндрам двигателя в устройстве с несимметричным впускным трубопроводом, Трубопровод имеет общую длину 1300 мм, внутренний диаметр равен 70 мм. Трубопровод подключен к блоку двигателя с 3-мя цилиндрами, расстояние между которыми 176 мм, расстояние от тупиковой стенки до оси впускного патрубка ближайшего цилиндра 100 мм. Как видно из фиг. 12, наибольшее значение приращения расхода воздуха имеет место в цилиндре, ближайшем к тупиковой стенке (т,е. к максимум пучности). Чем дальше удален цилиндр от стенки, тем меньшее добавочное количество воздуха он получает, что подтверждает физическую модель питания цилиндров добавочным количеством рабочего тела от избыточного давления в стоячей волне, имеющей пучность у закрытого конца и узел у открытого конца трубопровода, На фиг, 13 приведено сопоставление эффективности работы устройства с н симметричным впускным трубопроводом и симметричным впускным трубопроводом, настроенных на один и тот же участок скоростной характеристики двигателя п =1400 об/мин и имеющих одинаковый внутренний диаметр, равный 50 мм, а также одинаковые условия на входе в устройство (открытые концы). Как видно из фиг, 13, симметричный впускной трубопровод обеспечивает подачу дополнительного количества воздуха примерно в 1,6 раза больше, что 1516609 1О объясняется существенным снижением гидравлических потерь за счет подачи рабочего тела одновременно с обоих концов трубопровода ° Компоновочные проработки и изготовление варианта устройства с трубопроводом, огибающим цилиндры, подтвердили их достаточную компактность, воэможность размещения их полностью в габаритах наддуваемого двигателя, Таким образ м „зкспсрим цтальиые исследования показали, что предлз— гаемое устройство при объединснии линдров в группы с числом цилинлрс и четыре и менее, позволит повысить компактность устройс гва (по сравнению с известными техническими решениями), а также равномерность распред»ления воздуха (или топливовоздушной смеси) по цилиндрам и эффективность работы двигателя.! 516609 1516609 Фиг. 7 1516609 1 516609 1516609 2б 1Ч кГ Составитель В. Козлов Редактор Л. Гратилло Техред Л Сердокова Корректор 1, Патай Заказ 6359/30 Тираж 482 Поцпис но е ВНИИПИ Государстве нного комитета по изооретениям и открыл ням при ГКНТ СССР 11 1(! 15, Москва, Ж-3 5, Раушская наб., д. 4/ > Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгор и, i ë. Г г, рина,101 йРизб ° 2ч Аи. 12 800 Re rOPO rrCe tying aag АУ У Фиу, g
