Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Опубликовано 23.1.082. Бюллетень ¹39

Дата опубликования описания 23. 10. 82

Р М К з

F 02 В 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Р ) УДК 621.; 43. 052 (088. 8) В.Б. Пушкарев, В. A Кряжевских, В. И . Решетов, и И.В. Козьменко (72) Авторы изобретения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО НАДДУВА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, .в частности к системам впуска двигателей внутреннего сгорания, использующим кинетическую и волновую энергию воздуха или тепловоздушной смеси.

Известны устройства для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере одну пару .впускных коллекторов, объ единяющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и подключенных к воздухонапорным патрубкам турбокомпрессора через резонансный трубопровод(1) .

Однако такие устройства, состоящие из отдельных конструктивно обособленных частей, имеют большие размеры и вес, что затрудняет их практическое применение.

Цель изобретения — уменьшенйе га. баритов и снижение веса устройства для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания.

Укаэанная цель достигается тем, что каждая пара коллекторов выполнена в виде общей емкости разделенной перегородкой на два равных отсека, а резонансный трубопровод размещен внутри емкости симметрично относительно перегородки и подключен к воздухонапорному патрубку перпен,дикулярно своей серединой.

На фиг. 2 изображено предлагаемое устройство с несвободным входным патрубком; на фиг. 2 — то же, со свободным входным патрубкомт на фиг.3 натурная, модель устройства для проверки работы резонансного трубопро10 вода внутри объема. на фиг. 4 — граю фик изменения интенсивности резонанса; на фиг. 5 — натурная модель для проверки интенсивности отражения колебаний от разветвления; на фиг. 6 — график изменения колебаний

15 до и после разветвления трубопровода.

Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания в варианте с подключением к нему турбокомпрессора включает в себя по меньшей мере одну пару впускных коллекторов 1, выполненных в виде общей емкости, разделенной перегородкой 2 на два равных отсека, каждый иэ которых объединяет цилиндры 3 с несовпадающими фазами впуска.

Отсеки коллекторов 1 сообщены между собой при помощи резонансного трубопровода 5, размещенного внутри общей емкости коллекторов 1 симметрично относительно перегородки 2

968495 и подключенного своей серединой к воздухонапорному патрубку б турбокомпрессора 7, состоящего из компрессора В и турбины 9, подключенной к выпускному коллектору 10 двигателя 4.

5 устройство работает следующим образом.

В каждой половине емкости коллек-, торов 1 от всасывающего действия поршней возникают вынужденные колебания столба воздуха (или топливовоэдушной смеси), которые при определенных соотношениях объемов половин емкости коллекторов 1 и длины трубопровода 5 развиваются в резонансные и способствуют подаче в цилиндры 3 дви- 15 гателя 4 дополнительного количества воздуха (или топливовоздушной смеси).

Расположение трубопровода 5 внутри отсеков коллекторов 1 не препятствует развитию в системе резонасных коле- gQ баний, так как из теории звуковых колебаний известно, что эффект работы системы типа трубопровод-объем (резонатор Гельмгольца) зависит от величины объема, но геометрическая 25 форма этого объема на акустические параметры системы не влияет.

Ответвление в виде патрубка б от трубопровода 5 является (как известно из теории звукопроводов) отражателем колебаиий, развивающихся в каждом иэ объемов, и одновременно патрубком, подводящим воздух (или топливовоздушную смесь) в резонансный впускной коллектор.

Симметричное расположение патрубка б относительно концов трубопрово-. да 5 обеспечивает отражение колебаний от обеих отсеков коллектора, вследствие чего обе колебательные системы работают автономно и развива- 40 ющиеся в них колебания не выходят за пределы трубопровода 5.

Указанное обстоятельство позволяет подсоединить на вход во впускной коллектор любой дополнительный агрегат 45 или устройство — глушитель шума впуска, воздухоочиститель, карбюратор или (как рассмотрено в данном варианте)турбонагнетатель без нарушения колебательных процессов внутри коллектора.

В свою очередь, колебательные процессы не влияют на работу присоединенных к впускному коллектору агрегатов и устройств. Вследствие автономности системы возможно исполь-, зование предлагаемого устройства и без подключения на вход каких-либо агрегатов и узлов (фиг. 2) .

Таким образом, расположение резонансного трубопровода 5 внутри емкос- бО ти„ объединяющей цилиндры двигателя, а также замена отражения от объема отражением от разветвления позволяет превратить многоэлементную систему, состоящую из обособленных 65 частей, в единый компоновочный узел резонансный впускной коллектор, сохраняющий свойства динамической системы наддува и имеющий большую компактность, меньший вес и габариты.

Практическая проверка предлагае-! мого решения заключалась в получении экспериментального подтверждения воэможности достижения требуемого эффекта от новых элементов, включенйых в предлагаемое устройство, а именно: резонатора с трубопроводом, расположенным внутри его объема; разветвления трубопроводов как отражателя резонансных колебаний.

Проверка осуществлялась на шестицилиндровом рядном дизельном двигателе, имеющем равномерное чередование тактов впуска и позволяющем осуществить объединение цилиндров в две группы с несовпадающими фазами по впуску.

Эффективность работы исследуемых элементов и положение точки резонанса на скоростной характеристике дви.— гателя определялась путем замера изменения величины давления в конце кг такта сжатия (Р ), связанной, как .С см известно, пропорциональной зависимостью с изменением велйчины расхода воздуха через цилиндр двигателя.

Проверка эффективности работы трубопровода внутри объема.исследовалась на натурной модели, представленной на фиг. 3. Она представляет из себя впускной коллектор, объединяющий патрубками цилиндры двигателя с несовпадающими фазами впуска, внут, ри которого расположен трубопровод.

Расстояние З от конца трубопровода до торцовой стенки коллектора в ходе эксперимента менялось при неизменной длине трубопровода (конструкцией,модели предусмотрено вдвижение и выдвижение трубопровода иэ коллектора) °

Собственные частоты колебаний газовой среды, заключенной в системе объем-трубопровод, определяются из известного соотношения для так называемого резонатора Гельмгольца ш-С(1)

12ч где N — - круговая частота колебаний, 1/с;

С вЂ .скорость звука в газе, м/с;

S — площадь поперечного сечения трубопровода, м ;

p. — длина трубопровода, м;.

Ч вЂ” объем резонирующей полости без учета объема, занимаемого трубопроводом, м

Как следует из фдрмулы (1), величина м определяется количественным соотношениями S 1 и Ч, но не зависит от геометрической формы Ч.

968495

Укаэанное свойство колебательных систем типа резонатора Гельмгольца подтверждается результатами экспериментов, приведенных на фиг. 4, на которых представлено изменение P в с зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и для различных положений трубопровода.

На фиг. 4 кривая 11 получена при трубопроводе,,вдвинутом в объем на расстояние от стенки Р равном внут-!

3 реннему диаметру трубойровода d; кри вая 12 . — при полностью выдвинутом .трубопроводе из объеМа1 кривая 13 при расстоянии конца трубопровода от стенки менее одного внутреннего диаметра трубопровода. .Из фиг. 4 следует, что эффективность резонанса и его положение на скоростной характеристике двигателя действительно практически не зависит от положения трубопровода относительно объема, кроме тех случаев, когда расстояние конца:трубопровода до торцовой стенки коллектора мейьше внутреннего диаметра трубопровода (имеющаяся небольшая разница в положении кривых объясняется уменьшением объема Ч при вдвигании трубопровода внутрь коллектора).

IIpH расстояниях 03 меньших d видимо на развитие резонанса отрицательно сказывается слишком близкое положение торцовой стенки объема, что увеличивает местное сопротивление системы. Возможность получения отражения колебания от разветвления проверена на натурной модели, изображенной на фиг. 5. Она состоит из трубопровода 5 с симметрично относительно концов подключенного к нему патрубка 6, ось которого расположена перпендикулярно от трубопровода 5.

На фиг. 6 показаны результаты испытания модели, изображенной на фиг. 5.

Из фиг. 5 следует, что ответвление обеспечивает отражение колебаний в системе: колебания давления в трубопроводе 5 в патрубок 6 проникают в ослабленном виде, уменьшаясь по амплитуде примерно в три раза.

Таким образом,,разветвление трубопроводов является эффективным отражателем колебаний, создаюари. Условия для работы резонансной системы и, одновременно, предотвращающим проникновение этих колебаний за пределы системы.

Использование предлагаемого устройства для резонансного наддува позволяет расширить круг применения его в тех случаях, когда ввиду габаритных ограничений устройство

15 динамического (резонансного) надцува рассматриваемого типа не могло быть применено.

Применение предлагаемого устройства позволнт также повысить эко2О номичность двигателей внутреннего сгорания с наддувом; а также надежность их работы.

Формула изобретения

25.

Устройство для. резонансногс наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере одну пару

ЗО впускных коллекторов, объединяющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и подключенных к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора через резонансный трубопровод, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и снижения веса, каждая пара коллекторов выполнена в виде общей емкости, разделенной.перегородкой .на два равных отсека, .а резонансный трубопровод разме40 щен внутри емкости симметрично относительно перегордки и подключен к воздухонапорному патрубку перпЕндикулярно своей серединой.

Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР М 498916, кл. F 02 В 27/00, опублик. l976.

96.8495

КГ

Рс сна

Ю6

N и, о6(нин

Фиг.4.ч

Шюпуоьси частот g ссиауаьсы частот а

2,0

Фиг.д

iso

Заказ 8103/б1

Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель В. Козлов

Редактор В. Лазаренко ТехредЖ.Кастелевич . Корректорс0. Макаренко