Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК F02B37/00 F01N7/00 

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, ка)вдый из которых подключен к вьшускным патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным диффузором, подключенным к турбокомпрессору, и цилиндрическими впускными патрубками, расположенньми под углом один к другому и подсоединенными каждьй своим входным отверстием к вькодному отверстию одного из трубопроводов, а через эжектирующее сопло - к минимальному сечению диффузора .

Однако такие двигатели имеют повьшенные потери давления отработавших газов при подводе их от цилиндров к турбине из-за отсутствия рациональных форм и соотношений размеров в газовьшускной магистрали, что приводит к повышенным скоростям движения, внезапным расширениям потка 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 - повьш1ение эффективности работы двигателя путем уменьшения потерь давления подводимых к турбине газов и улучшения качества продувки, а также из-за уменшения 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 установлен переходник.

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

376972

по меньшей мере один выпускной трубопровод вьшолнен изогнутьЕМ, 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

10 цилиндру; на фиг. 3 - продольный разрез по преобразователю импульсов давления, вариант I; на фиг. 4 - поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов дав)5 ления, вариант 1; на фиг. 5 - продольный разрез по преобразователю импульсов давления, вариант 1Г; на фиг. 6 - поперечное сечение по эжектируюш 1М соплам преобразователя импульсов давления, вариант JI; на фиг. 7 - вид сбоку двигателя внутреннего сгорания с дестью цилиндрами в ряд, вариант на фиг. 8 вид сбоку двигателя внутреннего сго25 рання с восемью цилиндрами в ряд, вариант У; на фиг. 9 - йоперечное сечение двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд по проходному сечению на входе в 30 диффузор, вариант П; на фиг. 10 продольный разрез по преобразователю импульсов давления двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд, вариант на фиг.

, 1 1 - поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления двигателя внутреннего сгора1шя с восемью цилиндрами в ряд, вариант на фиг. 12 - фик 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 крьш1ки 10, 11, 12 и 13 цилиндров, в которых вьшолнены выпускные каналы 14. Трубопроводы 7 и В 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 цилиндрические 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 сечен1по 29 диффузора 19. Между каждым впускным патрубком 20 и 21 и трубопроводом 7 и 8 установлены переходники 30 и 3I, которые выполнены плавно сужающимися от большего проходного сече.ВИЯ к меньшему. Площадь S проходного сечения 32 и 33 эжектирующего сопла 27 и 28 вы полнена меньше площади F входного отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 в соответствии с соотношением 0,82-1,0, а отношение диамет ров выходного отверстия 25 и 26 трубопровода 7 и 8 к входному отверстию 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 вьшолнено равным 1,1-1,5 Отношение диаметра Dj минимального сечения 29 выходного диффузора 19 к диаметру D входного отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 выполнено равным 1,0-1,3, 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 от- крыть1м выпускным клапаном 34. Выпускной канал I4 имеет плавный переход от сечения 3.5 площадью Fj , открьшаемого клапаном 34, к сечению 3 площадью Рц . Вьтускной. патрубок 15 (16, 17 и 18) имеет плавный переход от сечения 36 площадью F к сечению вьтускного трубопровода 7 и 8 площадью F . Угол 22 (о(.) между патрубками 20 и 21 рекомендуется выполнять не более 30°. Длина L, диффузора 19 вьшолняется из условия, чтобы при угле 37 (Р) раскрытия диб фузрра 19, равном.7-9°, диаметрР проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19 был раиен или несколько больше диаметра Т), выходного отверстия 25 и 26. При угле р , равном 7-9 , входная часть диффузора 1 вьшолняет функцию смесительной труб 974 На фиг. 5 изображен вариант П преобразователя 9 импульсов. Здесь угол (Я «ьпюлнен более 30 , а для плавного перекода применен разделитель 39 потоком, длина L которого вьтолнена такой, что площадь S проходного сече1шя 32 и 33 эяектирующего сопла 27 и 28 составляет не менее 0,82 площади F входного отвер.стия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21. На фиг. 7 изображен общий вид inecтицилиндрового двигателя (вариант iJJ ). В этом .варианте двигатель содержит цилиндры 2,3, 4,5, 40 и 41, крьш1ки 10, II, 12, 13, 42 и 43 цилиндров и выходные патрубки 15, 16, 17, 18, 44 и 45. Отличительной особенностью этого варианта двигателя является то, что выпускной трубопровод 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 12 двигателя, содержащего восемь цилиндров. Отличительной особенностью этого варианта двигателя является наличие дополнителыП)1Х цилиндров 47 и 48, крышек 49 и 50, вьшускных патрубков 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 звездообразным (см. фиг. 11). Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В конце процесса расширения, например, в цилиндре 2 открьшается выпускной клапан 34 и отработавшие в двигателе газы высокого давления, направление движения которых показано на фиг.2 сплошными стрелками, поступают в выпускной трубопровод 7 с площадью проходного сечения F через проходное сечение 35 (площадью F,), по выпускному каналу 14, через проходное сечение 36 (площадью F,, ) и по выпускному патрубку 5. Из выпускного трубопровода 7 газы по переходнику 30 поступают во впускной патрубок 20 и затем через эжектирующее сопло 27 поступают в минимальное сечение 29 выходного диффузора 19 и далее в турбокомпрессор 6. При этом поток отработавших газов высокого давления, проходя по каналу 1А и по выпускному патрубку 15, постепенно расширяется. По выпускному трубопроводу 7 поток движется с пониженной скоростью и поэтому с уменьшенными потерями давления. В пе реходнике 30 от выходного отверстия 25 площадью Е до входного отверстия 23 площадью F поток плавно сужается и скорость его снова возрастает. Во впускном патрубке 20 имеющем постошшое проходное сечение площадью Т, скорость потока выравнивается по сечению. Выходя из эжектирующего сопла 27 с проходным сечением 32 площадью S, поток создает разрежение у смежного эжектирующего сопла 28- и эжектирует газы ни кого давления, поступающие из цилинд ра, например 3, по выпускному трубопроводу 8 и патрубку 21. Направлени потока газа низкого давления показано на фиг. 1 и 3 щтриховыми стрелками. В выходном диффузоре 19 потоки газов смешиваются, скорости их вы равниваются. В результате расширения общего потока по длине Ь от ми нимального сечения 29 до сечения 38 имеющего площадь проходного сечения равную или Несколько большую площади F проходного сечения выпускного трубопровода 7 (или 8), скорость потока уменьшается до скорости в вы пускном трубопроводе 7 (или8) и ниже, а давление газов восстанавли вается. На фиг. 12 изображен график изменения коэффициента гидравл1гческого сопротивления преобразователя. 9 импульсов, где кривая а - для переходника 30 и 31, а кривая .6 - для эжектирующего сопла 27 и 28. Н,т ось ординат нанесено значение коэффициента гидравлического сопротивлений, отнесенного к площади проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19. На ось абцисс нанесено значе DI ние отношения диаметров проходных 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 сечения впускного патрубка 20 и 21. Из фиг. 12 видно, что сужение потока непосредственно в эжектирующем 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 отноп. шений - от 1,0 до 1,1. При больщем сужении потока сужение в переходнике 30 и 31 в диапазоне отношений 1 от 1,1 до 1,5 вызывает в 1,52,5 раза меньше сопротивление (кривая а) по сравнению с сужением непосредственно в сужающемся э.тсектирующем 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 оптимальными являются: отношение площади S проходного сечения эжектирующего 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 Dj к диаметру Б,,. - в диапазоне от 1 ,0 до 1,3, при этом меньшее значение дпя четырехцилиндрового двигателя, среднее значение для шестицилиндрового, а большее - для восьмицилиндрового двигателя; отношение площади F проходного трубопровода 7, 8, 53 и 54 к площади F проходного сечения 35 выпускных клапанов 34 от 1,0 до 1,5, при этом меньшее значение дд1я двухтактного двигателя с четырьмя выпускными клапанами в крьшке 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. I Таким образом, описьшаемьп двигатель внутреннего сгорания позволяет уменьшить длину выпускных трубопроводов, улучшить качество продувки и повысить работоспособность отработавших газов, поступаюЕЩх в турбокомпрессор. В результате этого

повышается мощность турбокомпрессора и эффективность работы двигателя.

ю

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 установ- лен 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

6-5

Фиг.

Фиг.б

V « 2 ,7,3 rV «

43 45

Ч 7

S 30 40 го 4t

Фиг Ю 15 53 11 .17 tZ 8 13 42 46 5Э 31 1 / .Х

16 Ч 7 5 1в ЧО ЧЧ 41 30 20 Ч7

Г-Г

30 го 56

Фиг.9 15 6

SJ 8

Фиг.8

Г 52 54 9 Ф14г. Ю