Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 968495(22) Заявлено 0702.79 (21) 2722686/25-06с присоединением заявки Й 9(23) ПриоритетОпубликовано 231082, Бюллетень Мо 39Дата опубликования описания 23. 10. 82 Р 1 М К з Р 02 В 27/00 Государственный комитет СССР до делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО НАДД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИ ение гаройства гателя я тем, выпол- зделеных отсед размено от- ключен 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, объединяющих 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 - уменьш. баритов и снижение веса устдля резонансного наддува двивнутреннего сгорания.Укаэанная цель достигаетсчто каждая пара коллекторовиена в виде общей емкости раной перегородкой на два равика, а резонансный трубопровощен внутри емкости симметричносительно перегородки и под к воздухонапорному патрубку перпен,дикулярно своей серединой.На фиг, 2 изображено предлагаемоеустройство с несвободным входнымпатрубком; на фиг. 2 - то же, со свободным входным патрубком; на фиг.3натурная, модель устройства для проверки работы резонансного трубопро Овода внутри объема на фиг.4 - граффик изменения интенсивности резонанса; на фиг. 5 - натурная модельдля проверки интенсивности отражения колебаний от разветвления; нафиг. 6 - график изменения колебаний 5 до и после разветвления трубопровода,Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннегосгоранияв варианте с подключением к немутурбокомпрессора включает в себя поменьшей мере одну пару впускных коллекторов 1, выполненных в виде общейемкости, разделенной перегородкой 2на два равных отсека, каждый иэ которых объединяет цилиндры 3 с несовпадающими фазами впуска.Отсеки коллекторов 1 сообщенымежду собой при помощи резонансного трубопровода 5, размещенного внут. -ри общей емкости коллекторов 1 сим- ЗО метрично относительно перегородки 2и подключенного своей серединой квоздухонапорному патрубку б турбокомпрессора 7, состоящего из компрессора В и турбины 9, подключенной квыпускному коллектору 10 двигателя 4,5Устройство 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 гателя 4 дополнительного количества воздуха (или топливовоздушной смеси) . Расположение трубопровода 5 внутри отсеков коллекторов 1 не препятствует развитию в системе резонасных коле 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 каж" дом 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 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- б 0 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 предлагаемого 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 концекгтакта сжатия (Р ), связанной, как.С смизвестно, пропорциональной зависимостью с изменением величины 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 Гельмгольцаш-С(1)1 еягде И - круговая частота колебаний,1/с;С в ,скорость звука в газе, м/с;Я - площадь поперечного сечениятрубопровода, м;9 - длина трубопровода, м;Ч - объем резонирующей полостибез учета объема, занимаемого трубопроводом, мКак следует из фдрмулы (1), величина оз определяется количественнымсоотношениями Б, 1 и Ч, но не зависит от геометрической формы Ч.Укаэанное свойство колебательных систем типа резонатора Гельмгольца подтверждается результатами экспериментов, приведенных на фиг. 4, на которых представлено изменение Р вс зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и для различных положенийтрубопровода.На фиг. 4 кривая 11 получена при трубопроводевдвинутом в объем на расстояние от стенки Р равном внут3реннему диаметру трубойровода Й; кри вая 12 - при полностью выдвинутом .трубопроводе из объеМа 1 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 стенкц коллектора мейьше внутреннего диаметра трубопровода(имеющаяся небольшая разница в положении кривых объясняется уменьшением объема Ч при вдвигании трубопровода внутрь коллектора).При расстояниях 0 З, меньших Й, 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 проникаютв ослабленном виде, уменьшаясь по амплитуде примерно в три раза.Таким образомразветвление трубопроводов является эфФективным отражателем колебаний, создающи. Условия для работы резонансной системыи, одновременно, предотвращающимпроникновение этих колебаний за пределы системы.Использование предлагаемого уст- .ройства для резонансного наддувапозволяет расширить круг применения его в тех случаях, когда ввндугабаритных ограничений устройство 15 динамического (резонансного) надцува рассматриваемого типа не моглобыть применено.Применение предлагаемого устройства позволнт также повысить эко номичность двигателей внутреннегосгорания с наддувом; а также надежность их работы.Формула изобретения25.Устройство для резонансногс наддува двигателя внутреннего сгорания,содержащее по меньшей мере одну паруЗО впускных коллекторов, объединяющихцилиндры с несовпадающими Фазамивпуска н подключенных к воздухонапорному патрубку турбокомпрессорачерез резонансный трубопровод, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и снижениявеса, каждая пара коллекторов выполнена в виде общей емкости, разделенной.перегородкой на два равных отсе"ка, .а резонансный трубопровод разме 40 щен внутри емкости симметрично относительно перегордки и подключенк воздухонапорному патрубку перпЕндикулярно своей серединой.Источники информации,45 принятые во внимание при экспертизе1. Патент СССР М 498916,кл. Р 02 В 27/00, опублик. 1976.37 1 ЮО п,оЮ/ю Фиг.4 Йгпульсцуастот 4Ф пульсь асгиом- г кг М Составитель В. КозловРедактор В. Лазаренко ТехредЖ.Кастелевич Корректор Ю. Макарен каз 8103/б 1 Тираж 552 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/