Выпускной коллектор двигателявнутреннего сгорания c наддувом

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 800402аа далем изабретеаий к атараткй(54) ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ1Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению и в частности к устройству выхлопных систем двигателей внут. реннего сгорания с наддувом.Известны выпускные коллекторы двигате-лей внутреннего сгорания с наддувом, содер- ф жащие выпускные трубопроводы, каждый из которых объединяет попарно выпускные органы со смещенными фазами выпуска и подключен к общему преобразователю импульсов, снабженному выпускным диффуэорным, пере ходным цилиндрическим и входным конфузорным участками н разделителем потоков, установленным в конфуэорном участке 1.В известных выпускных коллекторах конфу. зорный участок образован соединенными цод углом друг к другу выходными сечениями двух выпускных трубопроводов, поэтому. один преобразователь импульсов не позволяет объединять более четырех цилиндров.Основным недостатком известных устройствЮ является то, что они не могут быть использованы в многоцилнндровых двигателях. Так, например при числе цилиндров, кратном четырем, приходится устанавливать дополнительныепреобразователи импульсов, что при последо.вательном их соединении загромождает выпускную систему и приводит к дополнительнымпотерям располагаемой энергии выпускных га.зов. Параллельное же подключение дополнитель.ных преобразователей импульсов к многоза.ходной турбнне приводит к увеличению венти.ляцнонных потерь в турбокомпрессоре наддувадвигателя, что также снижает полезное использованне располагаемой энергии выпускных газов. В связи с тем, что в цилиндрическом участке преобразователя происходит объединение фактически только двух потоков (активного и пассивного) на входе в диффузор сохраняется неравномерность профиля скоростей потока газов, что снижает эффективность преобразования кинетической энергии газа в давление, а также ослабляет эжекцию пассивного потока активным на входе в смеситела и тем самым ухудшает продувку камеры сгорания,снижая индикаторные показатели процесса402фуэорный участок 7 с установленным в нем разделителем 8 потоков представляет иэ себя смеситель 9 газовых потоков. Разделитель 8 потоков выполнен в виде двух групп пластин 10 и 11 различной длины, которые образуют секторные камеры 12. Выпускные трубопроводы 3 объединяют попарно выпускные органы со смещенными фазами выпуска. Преобразователь 4 импульсов своим выходным 0 диффуэорным участком 5 подключен к уравнительной емкости 13 и к агрегату наддува 14.Один из трубопроводов расположен в преобразователе импульсов по оси конфузора и снабжен соплом 15. Выходное сечение 16 конфузорного участка 7 имеет вполне определенное значение своей площади. 3 800сгорания и ухудшая топливную экономичностьдвигателя.Кроме того, выпускной коллектор двигателя с таким преобразователем импульсовмалоэффективен или совершенно не пригоден для многоцилиндровых дизелей с числомцилиндров, не кратным четырем, особенно,для турбокомпрессора с одноэаходной турбиной, которая имеет более высокий КПД поСравнению с парциальным подводом газбв,Цель изобретения - уменьшение потерь, располагаемой энергии выпускных газов двигателя внутреннего сгорания,Указанная цель достигается тем, что раз.делитель потоков выполнен в виде двухгрупп пластин разной длины, чередующихсямежду собой, установленных радиально и об.разующих секторные камеры, каждая из которых связана с выпускным трубопроводом,причем длина пластин одной группы составля.ет 0,65 - 0,75 от длины пластин второй груп.пы, а один из выпускных трубопроводоврасположен в преобразователе импульсов пооси конфузора. При этом площадь выходногосечения конфузорного участка выполнена всоответствии с соотношением= (081-083) (1+ М ) С,где Рп 1 ах - эффективное проходное сечениепри полном открытии выпускныхорганов одного цилиндра;Ч - отношение суммарного время-сеЕчения одновременно открытых выпускных органов к время. сечениювыпускных органов одного цилинд.ра;М- площадь выходного сечения конфузорного участка,На фиг. 1 представлен описываемый выпускной коллектор двигателя с четным коли.чеством объединяемых трубопроводов общийвид, на фиг. 2 - сечение А - А входного участка преобразователя импульсов на фиг. 1; нафиг, 3 - входной участок с нечетным количеством объединяемых трубопроводов, общийвид; на фиг. 4 - то же, сечение Б - Б нафиг. 3; на фиг. 5 - то же, сечение В-В нафиг. 4; на фиг. 6 - графически изображеноперекрытие время-сечения выпускных органов8-ми цилиндрового двигателя; на фиг. 7графически изображено время-сечение выпускных органов 14-ти цилиндрового двигателя.Описываемый выпускной коллектор, на.пример для 8.ми цилиндрового двигателя,включает в себя выпускные органы (не показаны) цилиндров 1, подключенные черезвыпускные патрубки 2 к выпускным трубопро.водам 3 и к общему преобразователю 4импульсов выпуска, снабженному выпускнымдиффузорным 5, переходным цилиндрическим6 и входным конфуэориым 7 участками. Кон. Выходные сечения 1 трубопроводов 3 связаны непосредственно с секторными камерами 29 12, которые образованы пластинами 10 и 11,установленными радиально и чередующимисямежду собой в конфузорном входном участке7 смесителя 9. Длина пластин первЬй группы10 для обеспечения оптимальной скорости по.25 тока в выходном сечении секторных камер 12выбрана в диапазоне 0,65 - 0,75 от длины плас.тин второй группы 11. Проходное сечение 1, выпускных патрубков2 и трубопроводов 3 выбирают в зависимостиот степени.форсировки двигателя по давлению наддува и частоте вращения коленвалав следующих пределах1 еах ( Ф 6 Г35 где Рп Рщах - соответственно геометрическоеи эффективное проходное сечение при полном открытии выпускных органов одногоцилиндра.Выходное сечение 16 конфузорного участ ка 7 выполнено в соответствии с соотноше. нием(0,81 - .0,83) (1 + Ч) Епчах,где 1 - площадь выходного сечения конфуэорного участка;43-отношение суммарного время-сеченияВодновременно открытых выпускныхорганов к время-сечению выпускныхорганов одного цилиндра.Величина 1; представляет собой относительно ную величину время-сечения перекрываемыхфаз выпуска цилиндров, объединяемых секторными камерами 12 эа полный период открытия твыпускных органов одного цилинд.ра, Для 8-ми цилиндрового двигателя перекрытие время. сечений выпускных органов запериод т приведено на фиг, б, где по осиординат отложено проходное сечение Р, апо оси абсцисс - период открытия выпускных органов т. Величина У для рзссматрив,800402 6ла 15 центрального трубопровода 3 выполненравным углу сходимостн а конфуэорного вход.ного участка 7 смесителя 9, Выходное сечениеи протяженность сопла 15 выполнены рав.С5Фс = (0,81 - 0,83) гпах) гдеЧ 1 чс, 4, и 1 -время-сечение выпускных органов различных цилиндров.Коэффициент 0,81 - 0,83 в приведенном выше соотношении является экспериментальной величиной оптимального сужения проходного сечения каждой секторной камеры 12 для обеспечения оптимальной эжекции пассивного потока активным на срезе пластин первой группы 10 и справедлив для всех типов дизелей.Величины. Евах и Ч выбираются с учетом конструктивных параметров конкретной чисте. мы газораспределет 1 ия рассматриваемого дизеля, Следовательно, соотношение для определения выходного сечения 1 секторных камер 12 носит обобщаниций характер и приемлемо для всех типов дизелей.Угол сходимости а и длина 6 конфузорного входного участка 7 смесителя 9 приняты из условия обеспечения минимальной потери напора и находятся в пределах:а = 40 - 60 ; Й ) 0,5 б 5 /ГРабота выпускного коллектора двигателя внутреннего сгорания с наддувом заключа. ется в следунхцем,Отработавшие газы в порядке работы цилиндров поступают по выпускным патрубкам .2 к трубопроводам. 3, по которым подходят к секторным камерам 12, Приданная секторным камерам 12 форма тел вращения (фиг,2) соосных с выходными сечениями трубопроводов 3, снижает входное сопротивление и обес. печивает снижение потери напора при про. хождении через них выпускных газов. емого примера определяется планиметрированием площадей под кривыьщ а,в,с,д,е, т.е Предлагаемое изобретение преобразования импульсов выпуска многоцилиндрового двигателя обеспечивает подвод выпускных газов к однозаходной турбине, которая обладает большим КПД (по сравнению с многозаходной) в результате уменьшения вентиляционных потерь. Кроме того, оно пригодно как для четного количества трубопроводов 3, объединяющих выпускные патрубки двух цилиндров (фиг. 1 и 2), так и нечетного.На фиг. 3 представлен общий вид входного участка 7 смесителя 9 многокамерного преоб. разователя импульсов 4, выполненного для нечетного количества трубопроводов 3. Основ. ным отличием в этом случае является то, что один иэ трубопроводов 3 размещен в центре входного участка 7 и снабжен соплом 15, Остальные же трубопроводы 3 связаны с сек. торными камерами 12. Угол сходимости сопКонструктивные соотношения 1, 1, В иа рассматриваемого выпускного коллекторакомбинированного ДВС с нечетным количеством трубопроводов 3 определяются по ранее1 З приведенным соотношениям. Перекрытие вре.мя-сечений выпускных клапанов для 14-тищлиндрового двигателя. графически представле.но на фиг, 7.Положителъный эффект от реализации пред.лагаемого выпускного коллектора может найтиотражение в уменьшении спотерь располагаемойэнергии, так как конструкция предлагаемогомногокамерного преобразователя импульсовобеспечивает подвод выпускных газов к одно.заходной турбине с меньшими вентиляционны.ми потерями,В. результате объединения одним преобразователем импульсов предлагаемой многокамер.ной конструкции более четырех цилиндров,происходит наиболее полное выравнивание про.филя скоростей потоков газа на входе в диф.фузор, что способствует повышению эффектив,ности преобразования кинетической энергиивыпускных газов в давление и, следовательно,35снижает потери располагаемой энергии газа впериод транспортировки его к турбокомпрессору йалдува.Расширение поверхности соприкосновениявзаимодействия активных и пассивных потоков4 Фна входе в смеситель усиливает эжекционныйэффект, понижающий противодавление поршнюв момент выпуска газон из объединяемыхсекторными камерами цилиндров, что уменьшает отрицательную работу насосных ходови, следовательно, повышает топливную экономичность двпгателя. В результате усиления эжекционного эффекта улучшается качество гаэообмена и индикаторные показатели двигателя внутреннего сгорания. Наиболее полное использование располага. емой энергии выпускных газов, например для дизелей типа 8 ЧН 9, 5/10, может обеспечить снижение среднеэксплуатацнонного расхода топлива на 3 г/э л. с ч, что при выпуске дизелей 2000 шт, в год даст экономический эффект в сумме 350000 рублей.7 80040Формула изобретения1. Выпускной коллектор, двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащий вы. пускиые трубопроводы, каждый изкоторых объединяет попарно выпускные органы со смещенными фазами выпуска и подключен к общему преобразователю импульсов, снабженному выпускным диффуэорным, переходным цйлиидрическим и входным конфуэорным учас кеми и разделителем потоков, установленным в конфуэорном участке, о т л и ч а ю щ и йс а тем, что, с целью уменьшения потерь располагаемой энергии., разделитель потоков выпол. нен в виде двух групп пластин разной длины, чередукйцихся между собой, установленных радиально и образующих секторные камеры, каж. дая и: которых связана с выпускным трубопроводом, причем длина пластин одной группы составляет 0,65 - 0,75 от длины пластин второй группы.2, Коллектор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что площадь выходного сечения кон 2 8фуэорного участка выполнена в соответствии с соотношением- (0,81 - 0,83) (1+ Чф Ершах где Рща - эффективное проходное сечениепри полном открытии выпускныхорганов одного цилиндра;Ю - отношение суммарного время-сече- ния одновременно открытых выпускных органов к время-сечению выпускных органов одногоцилиндра;- площадь выходного сечения .конфузорного участка,3. Коллектор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что один иэ выпускных трубопроводов расположен в преобразователе им. пульсов по оси конфуэора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Франции Мо 2147426, кл. Е 01 1 ч 7/00,опублик,1973.иу. ВНИИПИ Заказ 10358/36 горор, ул, Проектная филиа ППП "Патен аж 592 1 одлисное