Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания

)4 Р 02 В 27/О ЕНИЯ о т л ис целью тем уменьшереэонансных сферного вых опровода матическ СССР 1979.АНСНОГ СГОР ного со я с входным ного трубопрово ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Завод транспортного машиния им. В.И. Ленина(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗОННАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО,ЯО 13904 по авт. св. У 850878, ч а ю щ е е с я тем, чт повышения экономичности п ния влияния отрицательных явлений при изменении атм давления, меяду входным и участками Ч-образного тру установлена заслонка, кин связанная с органом пооче общения ресивера-отракател и выходным участками впусИзобретение относится к машиностроению, а именно днигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с устройствами, использующими волновую энергию воздушного заряда н системах впуска для улучшения сте" пени наполнения цилиндров.Из основного авт,св. Р 850878известно устройство для резонансного 1 О наддува двигателей внутреццего сгорания, содержащее Ч-образный впускной трубопровод резонансной длины, подключенный входным участком к ресиверу-отражателю, а выходным - к цилинд рам с несовпадающими фазами впуска, при этом выходной участок дополнительно подключен к входному при помощи перепускного канала, а н месте подключения последнего установлен ор ган поочередного сообщения ресинераотражателя с входным и выходнымучастками впускного трубопровода 1Известное устройство для наддуваподачи в цилиндры двигателя добавочного количества воздуха с целью компенсации падения плотности воздушного заряда в цилиндрах и сохранения мощности двигателя постоянной или мало- меняющейся до опрел.ленцой высоты 30 имеет дна режима работы, определяемых фиксированным положением органа поочередного сообщения во входном патрубке, Один режим обеспечивает минимальную подачу добавочного количества воздуха на режиме работы двигателя при нормальном атмосферном давлении, Другой режим работы обеспечцнает максимальную подачу добавочного количества воздуха и цилиндры дни гателя, что позволяет сохранить мощность двигателя постоянной или мало- меняющейся до определенной высоты, в условиях снижения атмосферного давления или работы при повышенной температуре воздуха.Недостаток известного устройства заключается в том, что при работе двигателя на режиме в условиях нормального атмосферного давления н цилиндры двигателя подается все же добавочное количество воздуха, хотя и в уменьшенной дозе, поскольку цилиндры двигателя находятся в зоне действия стоячей волны, Вследствие этого ухудшается экономичность работы двигателя в условиях нормального атм 6 сферного давления, поскольку часть мощности затрачивается в виде насосных ходов поршней двигателя на подачу дополнительного количества воздуха.Цель изобретения - повышение экономичности работы двигателя в условиях нормального атмосферного давления,Для достижения поставленной цели между входным и выходным участками Ч-образного впускного трубопровода установлена заслонка, кинематически связанная с органом поочередного сообщения ресивера - отражателя с входным .и выходным участками впускного трубопровода.На Фиг,1 показана конструктивная схема устройства; ца фиг.2 - акустическая схема устройства при работе в высотных условиях на фиг.3 - форма стоячей волны, возникающей в трубопроводе, имеющем акустическую схему; на фиг.4 - экспериментальные нагрузочные характеристики двигателя при работе с предлагаемым устройством,Устройство содержит Ч-образный нпускной трубопровод 1 резонансной длины, подключенный входным участком 2 к ресиверу-отражателю 3 колебаний, а выходным участком 4 - к цилиндрам 5 с несовпадающими фазами впуска двигателя 6, Выходной участок 4 впускного трубопровода 1 подключен также к входному участку 2 при помощи перепускного канала 7, а в месте подключения последнего установлен орган 8 поочередного сообщения ресивера-отражателя 3 с входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1. Орган 8 поочередного сообщения имеет два фиксированных положения 9 и 10, Перед ресивером-отражателем 3 установлен фильтр-воздухоочиститель 11.Между входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1 установлена заслонка 12, кинематически связанная с органом 8 поочередного сообщения ресинера-отражателя 3 с входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1 и имеющая два фиксированных положения 13 "Закрьгго" и 14 "Открыто".Устройство работает следующим образом.При работе днигателя в нормальных атмосферных услониях на уровне моря орган 8 находится в фиксированном положении 9, а заслонка 12, кинематически связанная с органом 8, - в фиксированном положении 13 цЗакрьгго . ВВ этом случае под влиянием периодического всасывающего действия порш" ней на такте впуска в потоке воздуха, идущего в трубопроводе 1, возникают вынужденные колебания давления, которые при совпадении с собственной частотой колебаний столба воздуха в трубопроводе 1 перерастают в резонансные этом случае под влиянием периодического всасывающего действия поршнейна такте впуска воздух через трубопровод 1 поступает в цилиндры двигателя.5Длина трубопровода 1 минимальна, наддува нет. Количество поступаемого воздуха соответствует необходимому расходу в нормальных условиях работы двигателя на уровне моря с оптимальной 10экономичностью при малой затрате мощности двигателя на насосные хода.При работе двигателя в условиях,характеризующихся пониженной плотностью окружающего воздуха, например 15при наборе высоты или при повышениитемпературы воздуха, орган 8 находится в фиксированном положении 9, азаслонка 12, кинематически связаннаяс органом 8, - в фиксированном положенин 14 "Открыто". В этом случаепод влиянием периодического всасывающего действия поршней на такте впускав трубопроводе, имеющем теперь увеличенную длину по сравнению с исходной 25длиной, в потоке воздуха, идущегов трубопроводе 1, возникают вынужденные колебания давления, которые присовпадении с собственной частотой колебаний столба воздуха в трубопроводе 1 перерастают в резонансные с образованием внутри трубопровода 1 такназываемой стоячей волны,Акустическим эквивалентом предлагаемого устройства, когда орган 8 находится в фиксированном положении 9,а заслонка 12 - в фиксированном положении 14 "Открьгго", является прямолинейный трубопровод, открытый с одногоконца и закрытый с другого, к .которому подключена группа цилиндров научастке, примыкающем к открытому концу трубопровода, Закрытый конец трубопровода в акустической схеме тождественен концу натурного трубопровода 451, закрытого органом 8 в положении 9,Открытый конец трубопровода в акустической схеме эквивалентен концу натурного трубопровода 1, подключенногок промежуточноц емкости в виде ресивера-отражателя 3, которая выполняет50функции отражателя колебаний с эффектом, аналогичным работе открьггого конца трубопровода, сообщенного с атмосферой.В акустической схеме, когда орган8 находится в положении 9, а заслонка 12 - в положении 14 "Открыто",стоячая волна имеет пучность (максимальное изменение амплитуды давления в столбе воздуха) у закрытого конца трубопровода и узел (отсутствие колебаний давления) у его открьггого конца.В этом случае при совпадении момента закрьггия впускного клапана с приходом положительного избыточного давления в стоячей волне цилиндры 5 получают дополнительное количество воздуха (резонансный наддув), но меньше максимального количества, поскольку группа цилиндров 5 находится в зон 6 узла стоячей волны.Имитировать кривизну натурного трубопровода 1 в акустической схеме нет необходимости, поскольку предлагаемое устройство по соотношению внутреннего диаметра трубопровода 1 к длине волны развивающихся в нем колебаний относится к так называемым "узким трубам", развитие колебаний в которых не зависит от степени их кривизны.Таким образом, при работе двигателя 6 в условиях, характериэирующихся пониженной плотностью окружающего воздуха, например, при наборе высоты или при повышении температуры возду" ха, когда орган 8 находится в фиксированном положении 9, а заслонка 12, кинематически связанная с органом 8, - в фиксированном положении 14 "Открыто", цилиндры 5 получают дополнительное количество воздуха, что компенсирует до определенной величины падение плотности воздуха в цилиндрах 5 и сохраняет мощность двигателя, близкой или равной ее величине на уровне моря.При работе двигателя 6 в условиях, характеризующихся низкой плотностью окружающего воздуха, например на высоте или при повышенной температуре воздухй, орган 8 переводится обслуживающим персоналом в фиксированное положение 10, а заслонка 12 ос" тается в фиксированном положении 14 Открьггос образованием внутри трубопровода 1 стоячей волны.При этом поток воз 1 уха в трубопроводе 1 меняет направление движения на обратное, а группа цилиндровприсоединенных к нему, оказывается наиболее удаленной от входного участка 2, т.е, в зоне конца трубопровода, закрьггого органом 8, Находясь у за крытого конца трубопровода 1, цилиндры 5 попадают в зону пучности стоячей волны, т.е. в область, где изменения амплитуды колебаний давления воздуха 4 Р максимальны. 15На фиг,2 приведена акустическая схема предлагаемого устройства, когда орган 8 находится в фиксированном положении 10, а заслонка 12 - в фиксированном положении 14 "Открыто". Из 20 фиг2 следует, что акустическим эквивалентом предлагаемого устройства при нахождении органа 8 в фиксированном положении 10, а заслонки 12 - в фиксированном положении 14 "Открыто" 25 является прямолинейный трубопровод, открьггый с одного конца и закрьггый с другого, к котброму подключена группа цилиндров ца участке, примыкающем к закрьггому концу трубопровода. За крьггьгй конец трубопровода в акустической схеме тождественен концу натурного трубопровода 1, закрытого органом 8 в фиксированном положении 10 при положении заслонки 12 в фиксированном положении 14 "Открыто". Открьггый конец трубопровода в акустической схеме эквивалентен концу натурного трубопровода 1, подключенного к промежуточной емкости в виде реси вера-отражателя 3, которая выполняет функции отражателя колебаний с эффектом, аналогичным работе открытого конца трубопровода, сообщенного с атмосферой. 45На фиг,3 изображена форма стоячей волны, возникающей в трубопроводе 1, акустическая схема которого приведена на фиг,2Иэ фиг,3 следует, что в этом случае стоячая волна имеет пучность (максимальное изменение амплитуды давления ьГ в столбе воздуха) у закрытого конца трубопровода и узел (отсутствие колебаний давления) у его55 открытого конца.Из сопоставления фиг,2 и 3 следует, что прц нахождении органа 8 в фиксированном положении 10, а заслонки 12 - в фиксированном положении 14ц цОткрьгго группа цилиндров 5 с несовпадающими фазами впуска находится взоне пучности стоячей волны и присовпадении момента закрытия впускного клапана с приходом положительногоизбыточного давления в стоячей волнецилиндры 5 получают максимальное количество добавочного воздуха (резонансный наддув), поскольку амплитудаколебаний в зоне пучности имеет максимальное значение,Совпадение момента закрьггия впускных клапанов с приходом максимальнойположительной избыточной волны давления обеспечивает подачу в каждый цилиндр 5 максимального количества воздуха, что компенсирует до определеннойвысоты падение плотности воздуха в цицилицдрах 5 и сохраняет мощность двигателя 6, близкой или равной ее величине ца уровне моря,Таким образом, в предлагаемом устройство для наддува-подачи в цилиндры5 двигателя 6 добавочного количествавоздуха с целью компенсации паденияплотности воздуыцого заряда в цилиндрах 5 и сохранения мощности двигателя 6 постоянной или маломецяющейсядо определенной высоты Имеет три режима работы, определяемых фиксированным положением органа 8 поочередногосообщения и фиксированным положениемзаслонки 12 отключения .перепускногоканала от выходного участка впускноготрубопровода, кинематически связанного с органом 8 поочередного сообщения.На одном режиме количество поступаемого в цилиндры воздуха соответствует необходимому расходу в нормальных условиях работы двигателя науровне моря с оптимальной экономичностью прц малой затрате мощностидвигателя ца насосные хода (без ущерба для его экоцомичности),Другой режим обеспечивает ограниченную подачу добавочного количествавоздуха и соответствует требованиямработы двигателя в условиях, характеризующихся пониженной плотностьюокружающего воздуха, например, принаборе высоты или при повышении температуры воздуха, что позволяет сохранить мощность двигателя постояннойили маломеняющейся до определенныхсредних высот.Третий режим работы обеспечиваетмаксимальную подачу добавочного количества воздуха в цилиндры двигателя,что позволяет сохранить мощностьдвигателя постоянной или маломеняющейся до больших высот по сравнению5с вторым режимом работы.Экспериментальная проверка предлагаемого изобретения проведена на6-цилиндровом Ч-образном двигателе,имеющем 3 цилиндра в одном блоке, с 10равномерным чередованием тактов впускаи несовпадающими фазами работы впускных клапанов путем снятия нагрузочныххарактеристик по топливной экономичности на оборотах п=2080 об/мин с общей длиной резонансного трубопровода1=1010 мм и площадью поперечного сечения эквивалентной площади круга диаметром 85 мм,На фиг.4 представлены результаты 20экспериментальной проверки работы,двигателя при настройке устройства натри режима работы,Ввиду сложности имитации работыдвигателя в высотных условиях, работа 25двигателя условно проверялась на всехтрех режимах работы при размещениидвигателя только на уровне моря,На фиг.4 кривая 15 характеризуетизменение экономичности (удельный 30эффективный расход топлива я г/л.с.ч,) при работе двигателя на высотес максимальным резонансным наддувомс включенной системой газодинамического наддува, т,е, при положении 10органа 8 и положении 14 "Открыто"заслонки 12.При этом двигатель имеет наихудшуюэкономичность, что свидетельствуето том, что в цилиндры подается повыщенное количество воздуха, в котЬромдвигатель не нуждается при данном разразмещении двигателя, так как работает в нормальных атмосферных условияхна уровне моря 45Кривая 16 на фиг,4 характеризуетработу устройства при подаче ограниченного количества дополнительноговоздуха в цилиндры двигателя, в условиях пониженной плотности окружающего воздуха, например при наборе высоты или при повышении температуры воздуха. Для этого орган 8 переводится в положение 9, а заслонка 12 остается в положении 14 "Открыто".На этом режиме работы двигатель имеет экономичность примерно на 2-37. лучшую, чем при работе на режиме максимального наддува.При постановке в устройство дополнительно заслонки 12 в целях отключения системы, т,е, при нахождении органа 8 в положении 9 и при переводе заслонки 12 в положение 13 "Закрыто" предлагаемое устройство работает как обычный впускной коллектор, не имеющий резонансных зон, без поДачи дополнительного воздуха, как это необходимо для работы на уровне моря.При этом по результатам экспери-. мента экономичность двигателя заметно улучшается, как показано протеканием кривой 17 на фиг,4, увеличивается эффект улучшения экономичности примерно наполовину по сравнению с кривой 16, что подтверждает целесообразность дооборудования устройства по изобретению,Как показали эксперименты, предлагаемое устройство, по сравнению с известным позволяет улучшить экономичность двигателя при работе в условиях нормального атмосферного давления примерно на 2-37, а в целом предлагаемое устройство совместно с известным устройством позволяет улучшить экономичность двигателя при переходе от высотных условий к уровню моря на 5-7 Е.Использование предлагаемого устройства для наддува позволит расширить применение наддува на двигателях внутреннего сгорания, обеспечив получение наддува в заданных условиях высотности работы над уровнем моря при достаточно простой общей системе наддува.1390402 еЯР 1 Ю 1 д 100 12 оставитель ВКоэлоехред А.Кравчук Редактор В. Бугренко ректор Закаэ 1751/36 Тираж 505 ВНИИПИ Государственного коми по делам иэобретений и отк 035, Москва, Ж, Раушская