Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

 

GA ИСАНМЕ

ИЗОБРЕ7ЕН ИЯ

Союз Совет скнн

Соцналистмческик

Реслублик (il! 748()23

l г (6l ) Дополнктельное к авт. свил-ву— (22) Зав влево 05.05,78 (21) 2614111/25-06 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.07,80. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 18.07.80

Г 02 В 27/00

Гооударстввнный комнтвт

А0 делам нзобретеннй н открытий (53) УД f(621,43..052(088,8) В. Б. Пушкарев, Б. П. Коробко, П. В. Иванов, P. С. Дейч и N. П. Бе-.оусов (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина, ордена Трудового Красного Знамени завод транспортного машиностроения им. В. И. Ленина (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройствам для надду-ва двигателей внутреннего сгорания, использующих кинематическую и волновую энергию в системах впуска.

Известны системы íà ддува двига тел я внутреннего сгорания, содержащие впускные коллекторы, объединяющие цилиндры с несовпадающими фазами впуска и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетателя tlj .

Однако известные устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания иежду впускными коллекторами и компрессорной ступенью имеют- промежуточную емкость (ресивер-отражатель), которая для обеспечения аффективного использования кинетической и волновой анергии и защиты компрессора от колебаний воздушного столба, должна иметь объем не менее половины рабочего объема цилиндров двигате,тя, что усложняет систему наддува, увеличивает габаритные размеры и вес системы в целом. Целью изобретения является упрощение конструкции иум,еньшение габаритов устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания.

Ыель достигается тем, что впускные коллекторы сообщены между собой при помощи трубопровода и расположены акустически зеркально, а воздухонапорный патрубок турбонагнетателя подсоединен перпендикулярно и симметрично коллекторам. 5

На фпг. 1 схематически изображена система наддува; на фиг. 2 - то же,в варианте для Q -образчого двигателя; на фиг. Э - акустическая модель систе. мы наддува; на фиг. 4 - осциллограммы

N давления во впускном коллекторе и в трубопроводе-отран<ателе; на фиг. 5варианты исполнения системы трубопроводов; на фпг..6 и 7 - изменение точек

8023

S 0

2S

3 74 . резонанса для вариантов исполнения системы трубопроводов, изображенных на фиг. 5; на фиг. 8 — варианты изменения длины трубопровода; на фиг. 9 - результаты проверки суммарного коэффициента наполнения.

В устройсте для наддува двигатель внутреннего сгорания 1 имеет два одинаковых впускных коллектора (резонатора)

2, объединяющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и равномерным чередованием тактов впуска. Коллекторы 2 сообшены между собой при помаши трубопровода 3, а воздухонапорный патрубок 4 турбонагнетателя 5 подсоединен перпендикулярно к трубопроводу 3 и симметрично коллекторам 2. Раэветвление воздухонапорного патрубка 4 и трубопровода 3 делит трубопровод 3 на два равных отрезка так, что коллекторы 2 относительно разветвления расположены друг к другу акустически зеркально. Турбонагнетатель 5 состоит иэ компрессора 6 и турбины 7, к которой выпускные газы подводятся по выпускным коллекторам 8.

Устройство работает следующим образом.

В коллекторах 2 и половинках трубопровода 3 от всасывающего действия поршней возникают вынужденные колебания столба воздуха, которые при определенных соотношениях объема коллектора и длины половинок трубопровода 3 развиваются в резонансные. Из теории эвукопроводов известно, что ответвление трубопровода (воздухонапорного патрубка) 4 от трубопровода 3 является отражателем колебаний, идущих в грубопроводе 3. Наиболее полным это отражение будет при определенном соотношении длины трубопровода 4, длины волны резонирующей гармоники и возмущающего импульса. При этом длина трубопровода 4 может быть рассчитана по формуле,4 А rp=(" n ) Z (1) где P. - длина трубопровода 4;

- порядок тона (n =О, 1, 2, 3...);

) - длина волны резонирующей гармоники возмущающего импульса.

В предлагаемой системе наддува ресивер-отражатель отсутствует, а его роль выполняет разветвление трубопроводов (фильтр Квинке), одинаково для обоих коллекторов (резонаторов) 2, поскольку последние подключены к разветвлению зеркально. Развивающиеся в резонаторах колебания отражаются от разветвления, которое выполняет роль ресивера-отражателя, одновременно являясь трубопроводом, отводящим воздух от компрессора, что упрощает систему, делает ее более компактной и легкой. Введение в систему фильтра Квинке дает возможность настраивать резонатор и сам фильтр на одну резонирующую частоту, что позволяет по лучить в одной точке особенно сильный резонанс, Возможен также и другой вариант, когда резонатор настроен íà одну . частоту, а фильтр Квинке — на другую.

В этом случае система динамического наддува настроена на два режима работы с пологим протеканием коэффициента наполнения по скоростной характеристике.

Таким образом, замена ресивера-отражателя на фильтр-отражатель позволяет получить добавочный элемент для настройки системы динамического наддува.

Из теории звукопроводов также следует, что эффект отражения имеет место также и при длине трубопровода 3 равной нулю, т. е. при непосредственном

I присоединении трубонагнетателя к разветвлению, что расширяет компоновочные воэможности описываемого устройства. Предлагаемое устройство может обеспечить динамический наддув и без турбонагнетателя. В этом случае.установка на входе в устройство воэдухоочистителя или глушителя шума, вместо турбонагнетателя,. не потребует ресивера-отражателя, поскольку отражение от разветвления будет иметь место и беэ турбонагнетателя.

Практическая проверка предлагаемого устройства для наддува выполнена на

6 ги цилиндровом 7 -образном двигателе с наддувом от двух турбонагиетателей, для которого система органически присуща, по схеме, представленной на фиг. 2, Система состоит из двух турбонагнетателей 5, у которых турбины 7 подсоединены к выпускным коллекторам

8 двигателя 1. Компрессор 6 каждого турбонагнетателя 5 при помощи воэдухонапорного патрубка 4 длиной . р. и трубопровода 3 общей длиной Ь = 2Р присоединены к впускным коллекторам 2 двигателя 1. Патрубок 4 и трубопровод

3 подсоединены так, что образуют развет вление, которое делит трубопровод 3 на две

5 74 () 0 равные части г, а системы "впускной коллектор-трубопровод длино" L подсоединены друг к другу зеркально. Впускные коллекторы 2 имеют объем 4,5 л каждый, величина коТорого в ходе экспериментов не меняется. Горловина впускного коллектора диаметромф90 мм в ходе эксперимента остается постоянной.

Длины трубопроводов 4 и 3 в ходе эксперимен ra изменяются. Проверяются также изменения сечения трубопровода 3 ((6=70 и 90 мм), Двигатель имеет равномерное чередование тактов впуска через

120 угла поворота коленчатого вала.

В каждом блоке, объединяю)гаем три цилиндра с несовпадающими фазами впуска, чередование тактов впуска также равноо мерное и происходит через 240 угла поворота коленчатого вала. Акустическая модель динамической системы наддува .(фиг. 3) состоит из двух резонаторов

Гельмгольца с симметрично присоединенным к ним трубопроводам длиной с . закрытым с одного конца.

На фиг. 4 приведены осциллограммы давления во впускном коллекторе 2 (кривая 9) и в трубопроводе 3 (кривая 10).

Как видно на фиг. 4, явно выраженные колебачия на впуске двигателя, вследствие отражения от разветвления, доходят до компрессора в ослабленном виде (уменьшаясь по амплитуде примерно B

3 раза). Таким образом, предлагаемая система, способствуя развитию колебаний на впуске в двигателе, защищает от проникновения их в компрессор без применения специального ресивера.

Собственная частота колебаний столба воздуха в резонаторе Гельмгольца

4О может быть определена из известного соотношения ) 6 несколько ва()илнтов систс)мы трубоп()ово» дов, показанных ня фиг. 5. Объем коллектора остается в этих вариантах постоянпым. lh 1 и П вариантах изменяется сечение трубопровода 3, длина их остается постоянной, пе изменяется гякже и трубопровод 4 (Ь -70 мм, $ -90 мм, (» -101 4 мм) .

Па фиг. с) пока;зяно влияние сечения грубопроводя 3 ня положение точек резо анся, где P — давление сжатия

C.

1 )я(-число оборотов двигателя. Из фиг. 6 видно, что уменьшение сечения трубопровода 3 приводит к смещению резонанса в сторону меньших оборотов (меньших частот). Проверка влияния длины патрубкя 4 выполнен) я вариантах Ill и 1У ()-.м. фиг. 7) 1т)щ -600 мм, (. р„-200мм, Я -90 мм, L, -!.014 мм. lb показанных пя фиг. 8 результатов экспериментальной проверки этих. вариантов следует, чго уменьшение длиньс (тр (удаление от длины соответствую.цей фильтру Квинке), уменьшает максимум резонанса, не изменяя положения его на характеристике.

Регулирующее действие обоих настроечных элементов (резонатора и фильтра

Квннке) показано на примере изменения суммарного коэффициента наполнения

)1 (фиг. 9) . Кривая 1 1 соответствует сЧЕ йастройке обоих элементов, резонатора и фильтра, на одну частоту в области малых оборотов (Пд -1400 об/мин), а кривая 12 - настройке резонатора и фильтра на разные частоты (н-1 п — 1400 и 2600 об/мин). Из фиг. 9 следует, что настройка ня одну точку резко повышает величину, в зоне малых чисел оборотов, а настройка ня разные точки выравнивает протекание )(.,, что подтверждает регулирующие свойства указанных двух элементов системы, Таким образол<, применение предлагаемого устройства для динамического над45 дува в двигателе, имеющим только турбокомпрессорный наддув, при сохранении габаритных и весовых п)окязателей, позволит увеличить коэффицис нт нано ся, эффективность работы турбонагнетятеля и топливнук экономичность двигателя внутреннего сгорания.

SS где (,() — собственная частота колебаний (1 /с ); — скорость звука (м/с );

$ — сечение горловины резонатора (М );

-длина горловины (м) .

V — объем резонатора (м ).

Из зависимости (2) следует, что соотношение объема резонатора, длины и сечения его горловины должно определять положение точки (или точек) резонанса и их амплитуду на скоростной характеристике двигателя. Для экспериментальной проверки этих положений используется формула изобретения

Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, соде ))K )ùåå впускные коллекторы, объединяю аи» цилиндры

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР М 498916, кл. Г 02 В 27/00, опублик. 1976.

7 748023 8 с несовпадающими фазами впуска и сооб- патрубок турб ок туронагнетателя подсоединен щепные с воэдухонапорным патрубком к трубопроводу перпендикулярно и симмет» турбона гнетателя, о т л и ч а ю щ е- рично коллекторам. е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов, кол-. лекторы сообщены между собой при по»

5 моши трубопровода и расположены акустически зеркально, а воэдуконапорный

14 48Ос 2260 ЬМ О у8 Ж

Jt

49

МЖ НОО 2ьоо. твоот дЬ иии

as+

БНИИПИ, Заказ 4339/8 Тираж 608 Поди

Филиал ППП «Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Pc "- ау

4Е

748023

j 8oI (4o0 8оФ ИОо АЙВОЮ а vugg