Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02B27/00 

И подключенного своей серединой к воздухонапорному патрубку б турбокомпрессора 7, состоящего из компре сора 8 и турбины 9, подключенной к выпускному коллектору 10 двигателя Устройство работает следующим об разом. В каждой половине емкости KdJihek торов 1 от всасывающего действия поршней возникают вынужденные колеб НИН столба воздуха (или топливрвоздушной смеси), которые при определе ных соотношениях объемов половин ем кости коллекторов 1 и длины трубопр вода 5 развиваются в резонансные и способствуют подаче в цилиндры 3 дв гателя 4 дополнительного количества воздуха (или топливовоздушной смеси. Расположение трубопровода 5 внутри отсеков коллекторюв 1 не препятству развитию в системе резонасных колебаний, так как из теории звуковых колебаний известно, что эффект рабо системы типа трубопровод-объем (резонатор Гельмгольца) зависит от величины объема, но геометрическая форма этого объема на акустические параметры системы не влияет. Ответвление в виде патрубка 6 от трубопровода 5 является (как известно из теории звукопроводов) отражателем колебаний, развивающихся в каж дом из объемов, и одновременно патрубком, подводящим воздух (или топливовоздушную смесь) в резонансный впускной коллектор. Симметричное расположение патрубка 6 относительно концов трубопровода 5 обеспечивает отражение колебаний от обеих отсеков коллектора, вследствие чего обе колебательные системы работают автономно и развива ющиеся в них колебания не выходят за пределы трубопровода 5. Указанное обстоятельство позволяе подсоединить на вход во впускной кол лектор любой дополнительный агрегат или устройство - глушитель шума впус ка, 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 аг регатов и устройств. Вследствие автономности системы возможно использование предлагаемого устройства и без подключения на вход каких-либо агрегатов и узлов (фиг. 2). Таким образом, расположение резонансного трубопровода 5 внутри емкое ти,; объединяющей цилиндры двигателя, а также замена отражения от объема отражением от разветвления позволяет превратить многоэлементную систему/- состоящую из обособленных частей, в единый компоновочный узел резонансный впускной коллектор, сохраняющий свойства динамической системы наддува и имеющий большую компактность, меньший вес и габариты. Практическая проверка предлагаемого решения заключалась в получении экспериментального подтверждения возможности достижения требуемого эффекта от новых элементов, включенных в предлагаемое устройство, а именно: резонатора с трубопроводом, расположенньм 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 двигателя определялась путем замера изменения величины давления в .конце так,та сжатия (Р(, ZJJ2) связанной, как известно, пропорциональной зависиMOCTbjo с изменением величины расхода воздуха через цилиндр двигателя. Проверка эффективности работы трубопровода внутри объема- исследовалась на натурной модели, предетавленной на фиг. 3. Она представляет из себя впускной коллектор, объединяющий патрубками цилиндры двигателя с несовпадающими фазами впуска, внутри которого расположен трубопровод. Расстояние 2 от конца трубопровода до торцовой стенки коллектора в ходе эксперимента менялось при неизменной длине трубопровода (конструкцией .модели предусмотрено вдвижение и выдвижение трубопровода из коллектора). Собственные частоты колебаний газовой среды, заключенной в системе объем-трубопровод, определяются из известного соотношения для так называемого резонатора Гельмгольца где W - круговая частота колебаний, 1/с; .скорость звука в газе, м/с; площадь поперечного сечения трубопровода, длина трубопровода, м; объем резонирующей полости без учета объема, занимаемого трубопроводом, 1 Как следует из фдрмулы (10 , величина UJ определяется количественным соотношениями S, 1 и V, но не зависит от геометрической формы V.

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

На фиг. 4 кривая 11 получена при трубопроводе,,вдвинутом в объем на расстояние от стенки f, равном внутреннему диаметру трубопровода d; кривая 12 --при полностью выдвинутом трубопроводе из объема; 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 стенк коллектора меньше внутреннего диаметра трубопровода (имеющаяся небольшая разница в положении кривых объ:ясняется уменьшением объема V при вдвигании трубопровода внутрь коллектора). .

При расстояниях 22, меньших d, видимо на развитие резонанса отрицательно сказывается слишком близкое положение торцовой стенки объема, что увеличивает местное сопротивлени системы. Возможность получения отражения колебания от разветвле 1ия проварена на натурной модели, изображенной на фиг. 5. Она со(тоит из трубопровода 5 с симметрично относительно концов подключенного к нему патрубка 6, ось которого расположена перпендикулярно от трубопровода 5.

На фиг. б показаны результаты испытания модели, изображенной на

фиг. 5.

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

Таким образом,,разветвление трубопроводов является эффективным отражателем колебаний, создающие, условия для работы резонансной системы и, однов реме н но, п реДо тв ращгиощим проникновение этих колебаний за пределы системы.

Использование предлагаемого устройства для резонансного наддува позволяет расширить круг применения его в тех случаях, когда ввиду габаритныис ограничений устройство динамического (резонансного) наддува рассматриваемого типа не могло быть применено.

Применение предлагаемого Устройства позволит также.повысить экономичность двигателей внутреннего сгорания с наддувом,- а также надежность их работы

Формула изобретения

Устройство ДЛЯ резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере одну пару впускных коллекторов, объединяющих ЦИЛИНД1Й1 с несовпадающими фазами впуска и подключенных к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора через резонансный трубопровод, о тли ч ающе 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 размещен внутри емкости симметрично относительно перегордки.и подключен к воздухонапорному патрубку перпендикупярно своей серединой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР 498916, кл. F 02 В 27/00, опублик. А97б.

Фиг 2

1з

X

сш сг

г

Фиг..З

1,0

патру к

120

о

то IZX 1Wn,oS/MuH ФигЛ

t20 fnKB Фиг. 6