Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1980 года по МПК F02B27/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройствам для наддува двигателей внутреннего сгорания, использую- щих кинематическую и волновую энергию в системах впуска. Известны системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содерлшщие впускные коллекторы, объединяющие цилиндры с несовпадающими фазами впуска и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетателя .1 . Однако известные устройства для над дува двигателя внутреннего сгорания между впускными коллекторами и компрес сорной ступенью имеют промежуточную емкость (ресивер-отражатель), которая для обеспечения эффективного испольао« вания кинетической и волновой энергии и защиты компрессора от колебаний воздушного столба, должна иметь объем не менее половины рабочего объема цилинд- ров двигателя, что услойшяет cncTeNiy ладдува, увелич1 Бает габаритные размеры к вес системы в целом, Целью изобретения является упроще™ нме конструкции н уменьшение габаритов устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания. Цель достигается тем, что впускные каплекторы сообщены между собой при помощи трубопровода и расположены , акустически зеркально, а воздухонапорный патрубок турбонагнетателя подсоединен перпендикулярно и симметрично коллекторам. На фиг, 1 схематически изображена система наддува; на фиг. 2 -то же, в варианте для V -образного двигателя; на фиг. 3 - акуст1гческая модель системы паддува; на фиг. 4 - осциллограммы давления во впускном коллекторе и в трубопроводе-отражателе; на фиг. 5 варианты исполнения системы трубопроводов; на фиг. .6 и 7 - изменение точек

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

В устройсте для наддува двигатель внутреннего сгорания 1 имеет два рдина- ковых впускных коллектора (резонатора) 2, объединяющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и равномерным чередованием тактов впуска. Коллекторы 2 сообщены между собой при помощи трубопровода 3, а воздухонапорный патрубок 4 турбонагнетателя 5 подсоединен перпендикулярно к трубопроводу 3 и симметрично коллекторам 2. Разветвлейие 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 из компрессора 6 и турбины 7, к которой вьтускные 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 звукопроводов известно что ответвление трубопровода (воздухонапорного патрубка) 4 от трубопровода 3 является отражателем колебаний, идущих в трубопроводе 3. Наиболее полным это отражение будет при определенном соотношении длины трубопровода 4, длины волны резнирующей гармоники и возмущающего импульса. При этом длина трубопровода 4 может быть рассчитана по формуле

/ А ()2(1)

тр

е

- длина трубопровода 4;

где

тр

- порядок тона (п -О, 1, 2, п

3 . . .); Д - длина волны резонирующей

гармоники возмущающего импульса.

В предлагаемой системе наддува ресивер-отражатель отсутствует, а его рол выполняет разветвление трубопроводов (фшхьтр 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 получить в одной точке особенно сильный резонанс. Возможен также и другой ва-

5 риант, когда резонатор настроен на одну. частоту, а фильтр Квинке - на другую. В этом случае система динамического наддува настроена на два режима работы с аологим протеканием коэффициента на-

полнения по скоростной характеристике.

Таким образом, замена ресивера-отражателя на фильтр-отражатель позволяет получить добавочный элемент для на5 стройки 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

присоединении трубонагнетателя к разветвлению, что расширяет компоновочные возможности описываемого устройства. Предлагаемое устройство может обеспечить динамический наддув и без турбо5 нагнетателя. В этом случае установка на входе в устройство воздухоочистителя или глушителя шума, вместо турбонагнетателя,. не потребует ресивера-отражателя, поскольку отражение от разветвления будет иметь место и без турбонагнетателя.

Практическая проверка предлагаемого устройства для наддува выполнена на 6-ти цилиндровом V -образном двигателе с наддувом от двух турбонагнетателей, 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 воздухо- напорного патрубка 4 длиной tfp и трубопровода 3 общей длиной Ь 2 при соединены к впускным коллекторам 2 двигателя 1. Патрубок 4 и трубопровод 3 подсоединены так, что образуют разв1втвление, которое делит трубопровод 3 на две равные части Р , а системы впускной коллоктор-т)убопровоа длиной В подсое динены друг к другу зеркально. Впускны коллекторы 2 имеют объем 4,5 л кажды величина Kofopor-o в ходе экспериментов не меняется. Горловина зпускного колл тора диаметром(90 мм в ходе эксперимента остается постоянной. Длины трубопроводов 4 и 3 в ходе эксперимента изменяются. Проверяются также изменения сечения трубопровода ( и 90 мм). Двигатель имеет равн мерное чередование тактов впуска через 120 угла поворота коленчатого вала. В каждом- блоке, объединяющем три цилиндра с несовпадающими фазами впуска чередование тактов впуска также равномерное и происходит через 240 угла п ворота коленчатого вала. Акустическая модель динамической системы наддува .(фиг. 3) состоит из двух резонаторов Гельмгольца с симметрично присоединен ным к ним трубопроводам длиной зак рытым с одного конца. На фиг. 4 приведены осциллограммы давления во впускном коллекторе 2 (кри вая 9) и в трубопроводе 3 (кривая 10). Как видно на фиг. 4, явно выраженные кояебанИя на впуске .двигат&тя, вследствие отражения от разветЕшения, доходят до компрессора в ослабленном виде -(уменьшаясь по амплитуде примерно в 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 может быть определена из известного со отношения - собственная частота колебаний (1 /с ); - скорость звука ( м/с ); - сечение горловины резонато- AV)-, ра ( горловины -длина V - объем резонатора (м ). Из зависимости (2) следует, что соо ношение объема резонатора, длины и сечения его горловины должно определять положение точки (или точек) резонанса и их амплитуду на скоростной характери тике двигателя. УДля экспериментальной проверки этих положений используется 236 несколько варипгггов системы трубопроводов, показан {ых. на фиг . 5. Объем коллектора осгается в этих в«Г)Иангах постоянным. В 1 и Г1 вариантах изменяется сечение грубог ровода 3, длина их остается постоянной, не изменяется также и трубопровод 4 (Sj--7O мм, 5п-9О мм, L -1014 мм). На фиг. 6 показано шгияние сечения трубопровода 3 на гголожение точек резонанса, где Р - давление сжатия, Пдц -число o6o JOTOB двигателя. Из фиг. 6 видно, что уменьшение сечения трубопрово:ш 3 приводит к смещению резонанса в сторону меньших оборотов (меньших частот). Проверка влияния длины патрубка -4 выполнен: на вариантах UI и 1У (см. фиг. 7) РТРЩ -600 мм, -200мм, S -00 мм, L. 1О14 мм. Пз показанных на фиг. 8 результатов экспериментальной проверки этик вариантов следует, что уменьшение длины Е-гр (удаление от длины соответствующей фильтру Квинке), уменьшает максимум резонанса, не изменяя положения его на характеристике. Регулирующее действие обоих настроечных элементов (резонатора и фильтра Квинке) показано на примере изменения суммарного коэффицие}1та наполнения (фиг. 9). Кривая 11 соответствует l-V „,. настройке обоих элементов, резонатора и фильтра, на опку частоту в области малых оборотов (n.g-1400 об/мин), а кривая 12 - настройке резонатора и фильтра на разные частоты (наПдо-14ОО и 2600 об/мин). Пз фиг. 9 следует, что настройка на одну точку резко повышает величину К, в зоне малых чисел оборотов, а настройка на рлзние точки выравнивает протекать (у . что подтверждает регулирующие свойства укаанных двух элементов системы. Таким образом, применение предлагаемого устройства для динамического наддува в двигателе, имеющим только тур- бокомпрессорный наддув, при сохранении габаритных и весовых прказатолей, позволит увеличить коэффициент HaiioJ. ш, эффективность работы турбонагнетателя и топливную экономичность двигателя внутреннего С1 орания. Формула изобретения Устройство для надаува двигателя внутреннего сгораЕкгя, содержащее впускные коллекторы, объоциняюцио цилинары

О несовпадающими фазами впускя и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения кон струкции и уменьщенкя габаритов, коллекторы сообщены между собой при помощи трубопровода и расположены акустически зеркально, а воэдухонапорный

патрубок турбонагнетателя поасоедкнен к трубопроводу перпенаикулярно и снммег. рично коллекторам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент СССР N 498916, кл. ГО2 В 27/ОО, опубяик. 1976.

7 ff g

:

Q)Ui.Z

tpUAI TpKeiff (f

Ш

:J

Urr

eiOMO№ f t/ ffMfiro фиг. 5

748023

.5

Ss

.

Fi

о

SBuP

T+J

l,t/-conM

ftOO SOO 2200 If П9«

«o

/fW™

Фиг &