Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания

 

Выпускная система позволяет расширить диапазон резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атсмосферу с режимом работы. Выпускная система содержит выпускной коллектор 1, канал выпуска газов в атмосферу, который состоит из диффузора 2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регулировки состоит из двух частей: стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток 7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси коллектора, с внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего элемента в виде пальца 9, элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент 11 в виде витой пружины, другой конец которой прикреплен к коллектору 1. Винтовая канавка 8 имеет фиксирующие лунки 13 для элементов качения. Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстроить длину резонансной части тракта под скоростной режим двигателя . 7 з.п. ф-лы, 7 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(я)з F 02 В 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ 4

Ql 4

Ф.

Фиг.2 (21) 4837958/06 (22) 18.06.90 (46) 07.04.92. Бюл. ¹13 (72) С.Р.Березин (53) 621.436;052(088.8) (56) Патент CLUA

N 3434280, кл. N 60-314, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1290002, кл. F 02 В 27/00, 1985. (54) РЕЗОНАНСНАЯ ВЫПУСКНАЯ СИСТЕМА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Выпускная система позволяет расширить диапазон резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атсмосферу с режимом работы. Выпускная система содержит выпускной коллектор 1, канал выпуска газов в атмосферу, который состоит из диффузора

2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регули„„5U„„1725764 А3 ровки состоит из двух частей: стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток 7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси коллектора, с внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего элемента в виде пальца 9, элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент 11 в виде витой пружины, другой конец которой прикреплен к коллектору

1. Винтовая канавка 8 имеет фиксирующие лунки 13 для элементов качения, Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстроить длину резонансной части тракта под скоростной режим двигателя. 7 з,п. ф-лы, 7 ил.

1725764

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретно к устройствам, использующим волновую энергию выпускных газов для повышения качества очистки и наполнения цилиндра.

Известна резонансная выпускная система, содержащая отражатель импульсов, сообщающий выпускной патрубок двигателя с атмосферой, Отражатель импульсов состоит из диффузора, цилиндрической и конфузорной частей и заканчивается цилиндрическим отводным патрубком, Эта система имеет элемент регулирования длины диффузора в виде телескопического соединения труб, однако не содержит механизма, изменяющего длину настроенной части в зависимости от скоростного режима работы двигателя.

Известна также резонансная система, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших га-. зов в атмосферу и механизм перемещения отражателя импульсов °

Целью изобретения является расширение диапазона резонансного режима работы.

Указанная цель достигается тем, что резонансная выпускная система двигателя, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших газов в атмосферу и механизм перемещения

- отражателя импульсов, снабжена упругим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки, механизм перемещения выполнен в виде опорного элемента с канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента. Кроме того, опорный элемент может быть выполнен в форме винтовой линии на боковой поверхности стакана, последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора.

Опорный элемент может быть размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя.

Опорный элемент может быть также размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.

Кроме того, упругий элемент может быть кинематически связан с дроссельной

5 заслонкой двигателя. Кинематическая связь упругого элемента с дроссельной заслонкой может быть выполнена в виде сильфона.

Канал выпуска газов в атмосферу может быть разделен по меньшей мере на две сек10 ции, размещенные по окружности коллектора, а опорный и прижимающий элементы с размещенной между ними канавкой и элементами качения могут быть выполнены в виде упорного подшипника, ось которого

15 совмещена с осью выпускного коллектора.

Кроме того, в канавке для элементов качения могут быть выполнены фиксирующие лунки.

На фиг.1 изображен первый вариант вы20 пускной системы двухтактного двигателя; на фиг.2 — то же, второй вариант; на фиг.3— разрез А — А на фиг.1; на фиг.4 — разрез Б — Б на фиг.2; на фиг,5 — вариант выпускной системы для четырехтактного двигателя; на

25 фиг.6 — вид B на фиг,5; на фиг;7 — третий вариант выпускной системы для двухтактного двигателя.

Газовый тракт (фиг.1) резонансной выпускной системы двухтактного двигателя

30 содержит выпускной коллектор 1 двигателя, канал выпуска газов в атмосферу, которой состоит из диффузора 2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регулировки состоит из

35 двух частей; стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток

7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси

40 коллектора. В отводном канале 5установлены газовые поворотные лопатки 7. С внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего

45 элемента в виде пальца 9 и элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент в виде витой пружины 11, другой конец которой прикреплен к коллектору 1, 50 Второй вариант выпускной системы (фиг,2) двухтактного двигателя отличается от первого варианта тем, что отражатель 6 импульсов при помощи стоек 12 прикреплен к коллектору 1, Винтовая канавка 8 может

55 иметь фиксирующие лунки 13 для элементов качения.

Третий вариант системы (фиг.5), предназначенный для 4-тактного двигателя, не имеет отводного канала и конфузора отражателя. Отклоняющие лопатки 7 установле1725764 слонкой 17 двигателя

15

45

55 ны на выходе потока в атмосферу из отражателя. В данном варианте конструкции между внутренней поверхностью стакана 6 и наружной поверхностью коллектора 1 выполнено винтовое соединение 14 с крупным шагом между витками. Упругий элемент

11 одним концом прикреплен к стакану 6, а другим концом через кольцо 15 и сильфон

16 кинематически связан с дроссельной заВариант выпускной системы, изображенный на фиг.7, содержит по меньшей мере два неподвижные секции разной длины, включающие цилиндрическую 3 и конфузорную 4 части, и неподвижный стакан 6 с лопатками 7, установленный на оси 18. На этой оси установлена шайба 19, образующая с втулкой 20 упорный подшипник с шариками 21. На дорожке подшипника выполнены фиксирующие лунки для шариков. Шайба 19 прижимается к втулке 20 при помощи пружины 22.

Устройство работает следующим образом.

При открывании поршнем выпускного окна двухтактного двигателя газ устремляется в коллектор 1, создавая волну давления. Эта волна, пройдя цилиндрический участок коллектора 1, отражается от диффузара 2 волной разрежения, которая возвращается к цилиндру и способствует интенсификации продувки. Первоначальная волна давления далее проходит цилиндрическую часть 3 и затем отражается от конфузора 4 волной давления. Отраженная волна давления возвращается к цилиндру перед закрытием окна, препятствует вытеканию из цилиндра свежего заряда, участвующего в продувке, и повышает массовое наполнение цилиндра. После прохождения отражателя импульсов поток газа попадает на отклоняющие газовые лопатки 7. Газ на лопатках создает реактивный момент, под действием которого стакан 6 поворачивается вокруг оси коллектора 1. Элемент 10 качения, связанный с неподвижным пальцем

9, перемещается по винтовой канавке 8 и передвигает стакан, уменьшая длину настроенной части.

Выпускная система (фиг.5) для четырехтактного двигателя работает следующим образом.

При открывании выпускного клапана возникает волна давления, которая подходит к отражателю импульсов и отражается волной разрежения. Эта волна приходит к клапану перед его закрытием и отсасывает отработавшие газы из цилиндра, улучшая очистку цилиндра. Под действием. реактивного момента, возникающего от поворота газа на лопатках 7, стакан поворачивается и одновременно перемещается вдоль оси с помощью винтового соединения 14 между стаканом и коллектором. Величина реактивного момента зависит от плотности окружающего воздуха (что имеет значение для авиационных двигателей) и от объемного расхода газа через двигатель. В данной конструкции при уменьшении плотности воздуха или уменьшении расхода воздуха изменяется положение заслонки 17 или размер сильфона 16. Тогда кинематически связанный с ними упругий элемент 11 уменьшает свой натяг и для поворота стакана 6 требуется меньший реактивный момент. Это позволяет устранить влияние плотности и расхода воздуха на настройку выпускной системы, Выпускная система, изображенная на фиг.7, работает следующим образом, При изменении скоростного режима двигателя изменяется реактивный момент на лопатках 7, и стакан 6 поворачивается вокруг оси 18 на шариках 21. Стакан поворачивается до тех пор,пока реактивный момент не станет равным усилию упругого элемента 11. Шарики, перекатываясь по дорожке между шайбой 19 и втулкой 20, попадают в фиксирующие лунки, позволяющие точно совместить выход потока из стакана 6 в одну из неподвижных секций. В данной конструкции происходит ступенчатое изменение настроенной длины выпускной системы.

Покажем, что частота вращения и двигателя и длина тракта 1 изменяется таким образом, что настройка системы сохраняется.

Своевременный приход волн давления и разрежения к цилиндру, т.е. настрОйка системы, зависит от сочетания и, l и скорости звука а, связанных уравнением

l=С вЂ”, а и где С вЂ” постоянная величина, соответствующая настроенной системе. Логарифмируя и дифференцируя это выражение и записывая в конечных разностях, получают

"-O. (1)

1 и

Эта формула связывает изменение угла тракта и частоты вращения при резонансе.

Для двигателей, работающих по внешней скоростной характеристике, например для гоночных двигателей, секундный расход воздуха G пропорционален произведению п и коэффициента наполнения щ

6п

Этот расход воздуха проходит через отклоняющие лопатки 7 и вызывает пропорциональный реактивный момент М G n rid.

1725764 или

55

Если принять, что двигатель работает с постоянным коэффициентом избытка воздуха, а также учитывая, что коэффициент наполнения ц, незначительно меняется по оборотам, тогда М и. Принимая, что характеристика пружины 11 линейна, тогда угол поворота стакана 6 и, .соответственно, линейное перемещение Ь! стакана вдоль оси коллектора в сторону уменьшения длины тракта пропорционально

-hl ЛM Лп

- Лi=К hn, где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Преобразуем это выражение к виду т-=т и

ЛI иК Лп (2)

Если подобрать величину К путем изменения жесткости пружины так, чтобы

= — 1, 1 тогда выражение (2) тождественно условию (1) резонансной настройки системы. Это означает, что с изменением частоты вращения длина тракта меняется так, что система остается резонансно настроенной, Использование изобретения позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстраивать длину резонансной части тракта под скоростной режим работы двигателя.

Формула изобретения

1. Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая последовательно установленные выпускной коллектор, подключенный к цилиндрам двигателя, отражатель импульсов, установленный в торце выпускного коллектора с возможностью поворота вокруг оси коллектора, и канал выпуска газов в атмосферу, выполненный в виде стакана, охватывающего выпускной коллектор, и механизм перемещения отражателя, причем канал выпуска газов в атмосферу выполнен переменной длины, а цилиндры двигателя сообщены с впускным трубопроводом, в котором установлена дроссельная заслонка, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атмосферу с режимом работы, система снабжена упру5 гим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки и механизм перемещения выполнен в

10 виде опорного элемента с выполненной в нем канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента, 2. Система по п.1, отличающаяся

15 тем, что опорный элемент выполнен в форме винтовой линии на боковой поверхности стакана и последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора.

20 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя.

25 4, Система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.

30 5. Система по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что упругий элемент кинематически связан с дроссельной заслонкой двигателя, 6, Система по п.5, отличающаяся тем, что кинематическая связь упругого эле35 мента с дроссельной заслонкой выполнена в виде сильфона.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что канал выпуска газов в атмосферу разделен по меньшей мере на две секции, 40 размещенные по окружности коллектора, а опорный и прижимающий элементы с размещенной между ними канавкой и элементами качения выполнены в виде упорного подшипника, ось которого совмещена с

45 осью выпускного коллектора.

8. Система пс пп.1-7, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что в канавке для элементов качения выполнены фиксирующие лунки.

1725764

Vuz.1

1725764

1725764

Редактор И,Шмакова Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Заказ 1189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101