Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЧЕСНИ ХРЕСПУБЛИК ЯО о 1 (51)4 Г 02 В 27 00 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ 5,.г ВИДЕТЕПЬ Д ВТОРСК 1 5-06)1"С 11 ПС) т., и Ъ бс)П;) с)1 ти и рд льна сл Кс Д 1 с Ц С. С сгибнет цииг Бюл1 3 спортног и по с)кружи Г л)кс симме;ичн нс)сит МаШИНОГтРо Козьменко(54)(57) 1, УСТРО"1 СТВ НАЛУВА ДВИГАТЬ,:Я В НИЯ, Содержащее впуГ резондисной длины, о впускные па грбки оп с.с, а нии ныплени 1Густр эдми впускколебдни е с я тем эффек гинно 1 Ии,дающими фа отражателе 1 с аил с б)и лгнгс а. ). что, с це сти и умень динения цил е один к другомуовышения габарит в групп индро более путем объ1 1 с), с) с)ис твся в н числом и убоп роно перпепди инд тем, чт о)кр 1 Ь ДК. Ч С 11 1 Н екщую нхс дн )Й асположен н четырех, т плоско ти,опр)нс. сть, и нпы тру ут гю емк и оси уля и ющим П.ЛНЕН ОГ пиндров, и руб ок машино итс ение от Иэобртроению с транс тн о д:1индрон болееьилиндрон).ь д т еле с т ро еа именно к двига астности к уст мического нэдд его Г го раС 151 ) ройствам дляуна двигателеигпользующим нию, в ч газодина внутренн о же на фиг,цилиндродкус тич г СКУЮ И НОЕН),ВУ.ь ЭНЕРГНЮ Заухд или гоп; иновоэдуп.")ойистемах впуска.изс)брс г:ния )вдается 1)с ньффЕКт) Ис) Г;1 УГ трЙСтна Иие его гсбэритов путем обьедлинлрон н группкс с числом ине тич ряда воэд смеси в сЦелью ро ств и шение рьйстэ; и фи1 ажателем кслс б друг к другу от уменьше кения ц ав ие болье чатыр(21) 2780288/ (22) 15.06.79 (4 Ь) 23,10,89, (71) Завод тра ния им. В.И, Л (72) В.Б, Пушк (53) 621,43-22 (56) Авторское ( 11805, кл. Г РЕЗОНСНОГ 0 НН: ГО СГОРА -трубс)провод иняюший через ры с нссонпасндбженный о т л и Г, 1 иэс)бдже 1 ) ьед:11 11 м)1516 Ь 09 Ъб 4 воо О зпо чоо Составитель В, Козловмтилло Техред П, Сердокова 1 Паз ш еда оррек Заказ 6359/30 ВНИИПИ Государственног 1110 35провода; на фиг. 7 - устройство сресивером-отражателем в виде дополнительной емкости; на фиг. 8 - акустическая модель шестицилиндрового устройства; на фиг. 9 - шестицилиндровоеустройство с отражателем колебанийв виде обращенных друг к другу открытых концов трубопровода; на фиг. 10 -то же, с ресивером-отражателем; нафиг11 - диаграммы изменения давления в трубопроводе до и после разветвления; на фиг. 12 - неравномерность наполнения по цилиндрам с несимметричным трубопроводом; нафиг. 13 - эффективность работы устройства с несимметричным (известноеустройство) и симметричным трубопроводами.Предлагаемое устройство содержитвпускной трубопровод 1 резонансныхдлины и диаметра, впускные патрубки2, цилиндры 3-8 двигателя 9 и перегородку 10. Отражатель колебанийможет быть выполнен либо в виде патрубка 11, установленного перпендикулярно оси трубопровода и на равныхрасстояниях от крайних цилиндров 3и 8 (или 3 и 5), либо в виде обра,щенных один к другому открытых концов 12 трубопровода, которые могутбыть заключены в замкнутую емкость13 с входным патрубком 14, Трубопровод 1 расположен в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров 3-8, и выполнен огибающим цилиндры,Устройство работает следующим образом,Под влиянием периодического всасывающего действия поршней на тактевпуска во впускном трубопроводе 1,огибающем цилиндры 3-8, возникаютвынужденные колебания столба воздуха(или топливовоздушной смеси), поступающего в устройство через патрубок 11, которые принимают форму волндавленияЭти волны распространяются в обестороны от цилиндров вдоль оси трубопровода 1 и доходят до патрубка 11.Из теории звукопроводов известного, что разветвлеиие трубопроводов,подобное ответвлению патрубка 11 оттрубопровода 1, является отражателемколебаний, поступающих к ответвлениюс обеих сторон,Таким образом, с акустической точки зрения латрубок 11, расположенныйперпендикулярно оси трубопровода , 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 эквивалентен конечному раз;ыву всплошности грубопровода 1 и от этогоразрыва колебания отражаются, как ототкрытых концов, сообщенных с атмосферой. Отражаясь от разветвления, колебания до открытого среза патрубка11 не доходят, чем обеспечиваетсяавтономность этой колебательной системы, Иэ укаэанного следует, что акустической моделью предлагаемого устройства является трубопровод, открытый с обеих сторон, симметрично открытым концам которого подключеныцилиндры двигателя. При определенных значениях длины и диаметра этоготрубопровода вынужденные колебанияот всасывающего действия поршней совпадают с собственными колебаниямиосновной частоты столба воздуха (илитопливовоэдушной смеси), заключенного в нем, что ведет к возникновениюв трубопроводе стоячей волны.Из теории колебаний в трубопроводах известно, что трубопровод е об, -ими открытыми концами, возбужденныйсобственной частотой колебаний, даетстоячую волну давления с пучностью(максимальным изменением амплитудыдавления) посередине трубопровода идвумя узлами (отсутствием колебаний)на открытых концах трубопроводаИэ акустической модели 1 фи.,следует, что петр.бои в п.ьы 1 еи внатурном устройстве распоча гакв точке, где сходятся цва узл иоиволновой настройки кольцевого трубопровода, что и объясняет арсутоти:,еколебаний на выходе из устройства(автономность работы). Так же, как ипри четвертьволновой иа; т; .йке, изменение давления Р, н стоячей во;не полуволновой настройки ппоисхоиипо длине Ь,р трубопровода практичееки в одной фазе,При совпадении момента достиженияв пучности стоячей волны избыточногоположительного давления с моментомзакрытия впускного клапана каждогоиз цилиндров происходит подача в последние дополнительного количества воздуха (илн топливовоэдушиой смеси),т,е, газодинамический наддув, Положение стоячей волны в устройстве относительно цилиндров, как следует изакустической модели на фиг. 3, таково,что максимальные значения избыточныхдавлений Р, приходятся на участок,где расположены цилиндры группы, Этим09 6 5 15166достигиута наибольшая подача добавоч-,ного рабочего тела в цилиндры двигателя,Равномерность распределения дополнительного количества рабочего телапо цилиндрам в рассматриваемом устройстве так же, как и для несимметричного трубопровода, зависит от степенисосредоточенности цилиндров в зонемаксимального давления (пучности) стоячей волны.Для сравнения на фиг. 4 приведенаакустическая модель известного устройства, 15У полуволновой настройки есть ипринципиальное преимущество в обеспечении лучшей равномерности подачирабочего тела по цилиндрам (фиг, 5На фиг. 5 приведены акустическимодели устройства с четвертьц о 1 о.настройкой 15 и с полуволновой настройкой 16, которые имеют одинаковоечисло цилиндров и равные частоты колебаний, т,е. одинаковую пологость 25падения волны давления,Как видно из фиг, 5, для полуволновой настройки 16 крайние цилиндрыдвигателя находятся в зоне большихдавлений и совмещены своими пучнос- ЗОтямиКак видно из фиг. 5, для полуволновой настройки 16 крайние цилиндрыдвигателя находятся в зоне большихдавлений, чем цилиндр, наиболее уда 35ленный от стенки в устройстве с четвертьволновой настройкой 15. Объясняется это тем, что полуволновая настройка состоит из двух четвертейволны, как бы пристыкованных друг к 4 Одругу своими пучностями, чем обеспечиваются большая по протяженностиэона максимальных давлений в пучности, а следовательно, и большая пологость волны. Если в известном устройстве.подача рабочего тела к цилиндрам происходит по трубопроводу с одной стороны, то в предлагаемом устройстве подача рабочего тела идет поодному трубопроводу, но с обеих сторон, так как оба конца трубопроводаоткрыты.При одинаковых, например, диаметрах трубопроводов, числах цилиндрови числах оборотов двигателя дл моделей 15 и 16 средняя скорость движениярабочего тела в предлагаемом устройстве в два раза меньше, посколькурабочее тело подходит к цилиндрам одновременно с обоих концов, снижает гидравлические потери в предлагаемом устройство. Снижению гидравлических потерь также спосооствуеткольцевая форма трубопровода 1, наличие которой позволяет органическивписать трубопровод в конструктивныеформы двигателя, например, расположиво вокруг блока цилиндров, Это обеспечивает высокую компактность и одновременно позволяет получить достаточно большие радиусы поворота наторцовых участках, уменьшив тем самым потери, связанные с поворотомпотока,Повьппение компактности заметноспособствует также замене объемаотражателя разветвлением-отражате - г. колебаний.Таким образом, повышение компактности, улучшение компоновочных возможностей, снижение гидравлическихпотерь .и повьппение равномерности распределения рабочего тела по цилиндрам в предлагаемом устройстве длягазодинамического поддува двигателей внутреннего сгорания по сравнению с известным устройством достигнуто эа счет замены несимметричногоизогнутого впускного т"бопроводана симметричный впускной трубопроводкольцевой формы с отражением колебаний от разветвления вместо отражателя-ресивера и размещения кольцевоготрубопровода с использованием конструктивных форм двигателя, практически не выходя из его габаритов,Наличие патрубка-отражателя делает работу предлагаемого устройстваавтономной, Устройство в равной степени может работать с открытым входомпатрубка в атмосферу, а также с присоединенными к нему агрегатами: воэдухоочистителем, глушителем шума,впуска, карбюратором, механическимагрегатом наддува и др, В тех случаях, когда впускной тракт двигателяне имеет дополнительных установленныхагрегатов, входной патрубок-отражатель может быть заменен открытыми ватмосферу и обращенньпяи один к другому концами трубопровода 1.(фиг, 6),Возможна также замена патрубка-отражателя на ресивер-отражатель.Описание и работа устройства,иэ.сраженного на фиг. 2, относятсяк случаю, когда блок цилиндров двигателя содержит количество цилиндровне более четырех, при котором соблюдается условие несовпадения фаэ работы цилиндров на такте впуска.Если двигатель имеет в блоке количество цилиндров более четырех, то известное устройство практически работать перестает, а для сохранения эффекта наддува должны быть внесены изменения (фиг. 1) на примере 6-цилиндрового двигателя,10 В этом случае впускные патрубки 2цилиндров двигателя 9 объединены трубопроводами 1, огибающими группы цилиндров 3-5 и 6-8 с несовпадающимифазами впуска.Трубопроводы 1, огибающие группыцилиндров, имеют общую перегородку 10,20Трубопровод 1 имеет также патрубок1, расположенный перпендикулярно коси трубопровода 1 и на равных расстояниях от перегородки 10 и от крайних цилиндров 3 и 8 двигателя 9, измеренных по оси трубопровода 1,Симметричный кольцевой трубопровод1 имеет конфигурацию, повторяющуюконструктивные формы двигателя 9, например, блока цилиндров двигателя.Изменение избыточного давленияРцво впускном трубопроводе 1 шести-цилиндрового двигателя приведено нафиг, 8.Практическая проверка предлагаемогоустройства и его элементов выполнена35на рядном дизельном двигателе размерностью Б/0=15/18,Оценка величины дополнительногоколичества воздуха, поданного в цилиндр на такте впуска за счет работыустройства, производилась замеромвеличины давления конца сжатия в цилиндре (Р кг/см ) при отключеннойфорсунке подачи топлива и сравнениемполученной величины Р, с контрольнымзамером этой же величины беэ устройства (когда воздух засасывается цилиндром через впускной патрубок непосредственно из атмосферы), При прочих равных условиях изменение расходавоздуха через цилиндр пропорционально изменению давления конца сжатия Р.На фиг. 11 показаны результаты замеров изменения давления Р, в патрубке-отражателе 11 предлагаемого устройства и в районе расположения цилиндров двигателя по углу поворотаколенчатого вала двигателя,Кривая 17 относится к замерам втрубопроводе в районе расположенияцилиндров, а кривая 18 - в патрубке,перпендикулярном трубопроводу,Как следует из фиг. 1, колебаниядавления, явно выраженные в трубопроводе 1, в патрубке 11 уменьшаются при.мерно в 3 раза по амплитуде, что свидетельствует об отражении колебанийот исследуемого разветвления.Одновременно указанное снижениеамплитуды колебаний давления в патрубке 11 подтверждает, что последнийнаходится в зоне узла колебаний столба рабочего тела в трубопроводе с полуволновой (или четвертьволновой)настройкой.На фиг12 приведены результатыопределения неравномерности распределения добавочного количества воздуха по цилиндрам двигателя вустройстве с несимметричным впускным трубопроводом, Трубопроводимеет общую длину 1300 мм, внутренний диаметр равен 70 мм, Трубопровод подключен к блоку двигателя с3-мя цилиндрами, расстояние между которыми 176 мм, расстояние от тупиковой стенки до оси впускного патрубкаближайшего цилиндра 100 мм,Как видно из фиг. 12, наибольшеезначение приращения расхода воздухаимеет место в цилиндре, ближайшем ктупиковой стенке (т,е, к максимумпучности). Чем дальше удален цилиндрот стенки, тем меньшее добавочноеколичество воздуха он получает, чтоподтверждает физическую модель питания цилиндров добавочным количествомрабочего тела от избыточного давленияв стоячей волне, имеющей пучностьу закрытого конца и узел у открытого конца трубопровода,На фиг, 13 приведено сопоставлениеэффективности работы устройства с нсимметричным впускным трубопроводоми симметричным впускным трубопроводом, настроенных на один и тот жеучасток скоростной характеристикидвигателя п =1400 об/мин и имеющиходинаковый внутренний диаметр, равный 50 мм, а также одинаковые условия на входе в устройство (открытыеконцы).Как видно из фиг, 13, симметричныйвпускной трубопровод обеспечивает подачу дополнительного количества воздуха примерно в 1,6 раза больше, чтообъясняется существенным снижениемгидравлических потерь за счет подачирабочего тела одновременно с обоихконцов трубопровода5 Компоновочные проработки и изготовление варианта устройства с трубопроводом, огибающим цилиндры, подтвердили их достаточную компактность, воэможность размещения их полностью в габаритах наддуваемого двигателя,Таким образ м зксперим птальиые исследования показали, что предлз - гаемое устройство при объедилснии линдров в группы с числом пилинлрл четыре и менее, позволит повысить компактность устройсгвд (по сравнению с известными техническими решениями), а также равномерность распред- ления воздуха (или топливовоздушной смеси) по цилиндрам и эффективность работы двигателя.