Двигатель внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 В 37/00 7/00 ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ фуз тем 2, отчто по "ч трубоа впускля импульен изогнутым, преобразовате ны между цили рам гателя. Б,и.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ВТОРСКОМЪГСВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1, ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок цилиндров, турбокомпрессор и по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода, каждый из которых подключен к выпускнья патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным диффузором, подключенным к турбокомпрессору, и цилиндрическими впуск- ньяи патрубками, расположенными под углом друг к другу и подсоединенными каждый своим входным отверстием к выходному отверстию одного.из тру. бопроводов, а через эжектирующее,Я 0103769 Т А сопло - к минимальному сечению дифора, о т л и ч а ю щ и й с ячто, с целью повышения эффективности, отношение площади проход ного сечения эжектирующего сопла к площади входного отверстия впускно го патрубка равно 0;82-1,0, а отно шение диаметра выходного отверстия трубопровода к диаметрувходного отверстия впускного патрубка равно 1,1-1,5 и между каждым (впускным) патрубком и трубопроводом установлен переходник.2. Двигатель по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что отношени диаметра минимального сечения выходного диффузора к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно 1,0-1.,3.3. Двигатель по пп. 1 и л и ч а ю щ и й с я тем, меньшей мере один выпускно провод выполиные патрубкисов расположе нд иО 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 1Изобретение относится к машиностроению, а. именно к двигателе- строению, к выхлопным устройствам двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие блок цилиндров, турбокомпрессор и по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода, каждый из которых подключен к выпускным патрубкам цилиндров и к преобразователю импульсов давления, снабженному выходным дифФузором, подключенным к турбокомпрессору, и цилиндрическими впускными патрубками, расположенными под углом один к другому и подсоединенными каждый своим входным отверстием к вьгсодному отверстию одного из трубопроводов, а через эжектирующее сопло - к минимальному сечению дифФузора.Однако такие двигатели имеют повышенные потери давления отработавших газов при подводе их от цилиндров к турбине из-за отсутствия рациональных форм и соотношений размеров в газовыпускной магистрали, что приводит к повышенным скоростям движения, внезапным расширениям потока при выходе из эжектирующего сопла и недостаточному качеству продувки. Потери давления газа снижают мощность турбокомпрессора и соответственно коэффициент полезного действия двигателя, те. его эффективностьЦель изобретения - повышение эффективности работы двигателя путем уменьшения потерь давления подводимых к турбине газов и улучшения качества продувки, а также из-за уменьшения длины двигателя.Это достигается тем, что площадь проходного сечения эжектирующего сопла выполнена меньше площади входного отверстия впускного патрубка в соответствии с соотношением 0,82-1,0, а соотношение диаметров выходного отверстия трубопровода и входного отверстия впускного патрубка выполнено равным 1,1 - 1,5 и между каждым патрубком и трубопроводом установлен переходник. Кроме того, отношение диаметра минимального сечения выходного диффузора к диаметру входного отверстия впускного патрубка равно 1,0-1,3 и 037697 2 по меньшей мере один выпускной трубопровод выполнен изогнутым, а впускные патрубки преобразователя импульсов расположены между цилиндрами двигателя,На Фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания, вид сбоку; на фиг. 2 - поперечное сечение двигателя внутреннего сгорания по первому цилиндру; на Фиг, 3 - продольный разрез по преобразователю импульсов давления, вариант 1; на Фиг, 4 - поперечное сечение но эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления, вариант 1; на Фиг, 5 - продольный разрез по преобразователюимпульсов давления, вариант 11; наФиг, 6 - поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления, вариант 31; на фиг, 7 - вид сбоку двигателя внут"реннего сгорания с шестью цилиндрами в ряд, вариант 1 Т 1; на Фиг, 8вид сбоку двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд,вариант 1 У; на Фиг, 9 - поперечноесечение двигателя внутреннего сгорания с восемью цилиндрами в рядпо проходному сечению на входе вдиффузор, вариант 1 У; на фиг, 10 -продольный разрез по преобразователю импульсов давления двигателявнутреннего сгорания с восемью цилиндрами в ряд, вариант 1 У; на Фиг.11 - поперечное сечение по эжектирующим соплам преобразователя импульсов давления двигателя внутреннегосгорания с восемью цилиндрами вряд, вариант ГУ; на фиг, 12 - график изменения коэффициента (К) гидравлического сопротивления преобразователя импульсов давления приуменьшении площади проходного сечения эжектирующих сопл. Двигатель внутреннего сгорания содержит блок 1 цилиндров 2, 3, 4 и 5, турбокомпрессор 6, по меньшей мере два цилиндрических выпускных трубопровода 7 и 8 и преобразователь 9 импульсов давления, На цилиндрах 2, 3, 4 и 5 установлены крышки 10, 11, 12 и 13 цилиндров, в которых выполнены выпускные каналы 14. Трубопроводы 7 и 8 подключены к выпускным патрубкам 5, 16, 17 и 18 цилиндров 2, 3, 4 и 5 и к преобразователю 9 импульсов. Последний содержит выходной диффузор 19 и ци1037697 3линдрические впускные патрубки 20 и 21, расположенные под углом 22 (оС) один к другому и подсоединенные каждый своим входным отверстием 23 и 24 к выходному отверстию 25 и 26 одного из трубопроводов 7 и 8, а через эжектирующее сопло 27 и 28 - к минимальному сечению 29 диффузора 19. Между каждым впускным патрубком 20 и 21 и трубопроводом 7 и 8 установлены переходники 30 и 31, которые выполнены плавно сужающимися от большего проходного сечения к меньшему.Площадь Я проходного сечения 32 и 33 эжектирующего сопла 27 и 28 выполнена меньше площади Р входногоЯ отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 в соответствии с соотношением 0,82-1,0, а отношение диаметрров .выходного отверстия 25 и 26Ртрубопровода 7 и 8 к входному отверстию 23 и 24 впускного патрубка 20 и 21 выпопнено равным 1,1-1,5, Отношение диаметра Рз минимального сечения 29 выходного диффузора 9 к диаметру Р входного отверстия 23 и 24 впускного патрубка 20 и 2 выполнено равным 1,0-1,3.В вариантах двигателя (см. фиг7 и 8) по меньшей мере один из трубопроводов (например, 8) может быть выполнен изогнутым, а впускные патрубки 20 и 21 преобразователя 9 импульсов расположены между цилиндрами двигателя.На фиг. 2 изображен поперечный разрез цилиндра 2 и крышки 1 О с открытым выпускным клапаном 34, Выпускной канал 14 имеет плавный переход от сечения 35 площадью Г, открываемого клапаном 34, к сечению 36 площадью Р, Выпускной.патрубок 15 (16, 17 и 18) имеет плавный переход от сечения 36 площадью Р к сечению выпускного трубопровода 7 и 8 площадью Г, . Угол 22 (о) между патрубками 20 и 21 рекомендуется выполнять не более 30 . Длина Ь, диффузора 19 выполняется из условия, чтобы при угле 37 (Р) раскрытия диффузора 19, равном.7-9, диаметрЯ проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19 был равен или несколько больше диаметра Ъ выходного отверстия 25 и 26. При угле р , равном 7-9 , входная часть диффузора 19 выполняет функцию смесительной трубы. аНа фиг. 5 изображен вариант 11преобразователя 9 импульсов. Здесьугол д. выполнен более 30 , а дляплавного перехода применен разделитель 39 потоком, длина Ь котороговыполнена такой, что площадь Я проходного сечения 32 и 33 эжектирующего сопла 27 и 28 составляет не менее0,82 площади Р входного отверстия 23и 24 впускного патрубка 20 и 21.На фиг. 7 изображен общий вид шестицилиндрового двигателя (вариант111). В этом .варианте двигатель содержит цилиндры 2, 3, 4, 5, 40 и 41,крышки 1 О, 11, 12, 13, 42 и 43. цилиндров и выходные патрубки 15, 16,17, 18, 44 и 45, Отличительной особенностью этого варианта двигателяявляется то, что выпускной трубопро 20 вод 8 выполнен изогнутым, а впускныепатрубки 20 и 21 преобразователя 9импульсов расположены между цилиндрами 5 и 41 двигателя. Трубопровод 8снабжен поворотным участком 46.25 На фиг, 8 показан вариант Я двигателя, содержащего восемь цилиндров. Отличительной особенностьюэтого варианта двигателя являетсяналичие дополнительных цилиндров 47и 48, крышек 49 и 50, выпускных пат. -рубков 51 и 52, выпускных трубопроводов 53 и 54, впускных патрубков 55и 56, переходников 57 и 58 и поворотного участка 59.35В этом варианте двигателя разделитель потоков 39 выполнен звездо- образным (см, фиг. 11),Двигатель внутреннего сгоранияработает следующим образом. В концепроцесса расширения, например, в цилиндре 2 открывается выпускной клапан 34 и отработавшие в двигателегазы высокого давления, направлениедвижения которых показано на фиг.245сплошными стрелками, поступают в выпускной трубопровод 7 с площадьюпроходного сечения Р через проходное сечение 35 (площадью Р )3 фпо выпускному каналу 14, через про 50ходное сечение 36 (плошадью Р ) иипо выпускному патрубку 15. Из выпускного трубопровода 7 газы попереходнику 30 поступают во впускной патрубок 20 и затем через эжектирующее сопло 27 поступают в мини 55 мальное сечение 29 выходного диффузора 19 и далее в турбокомпрессор 6.При этом поток отработавших газоввысокого давления, проходя по кана 037697На фиг. 12 изображен график изменения коэффициента гидравлического сопротивления преобразователя. 9 импульсов, где кривая а - для переходника 30 и 31, а кривая,б - для эжектирующего сопла 27 и 28. Нт ось ординат нанесено значение коэффициента гидравлического сопротивлений, отнесенного к площади проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19. На ось абцисс нанесено значе 40 0ние отношения диаметров проходП ных сечений выходного отверстия 25 и 26 и входного отверстия 23 и 24, а также отношение площади Б проходного сечения эжектирующего сопла 27 и 28 к площади Р проходного сечения впускного патрубка 20 и 21. Из фиг. 12 видно, что сужение потока лу 14 и по выпускному патрубку 15,постепенно расширяется. По выпускному трубопроводу 7 поток движетсяс пониженнойскоростью и поэтому с5уменьшеннь 1 ми потерями давления. В переходнике 30 от выходного отверс"тия 25 плоцадью Р до входного отверстия 23 площадью К поток плавно сужается и скорость его сновавозрастает. Во впускном патрубке 20,имеюцем постоянное проходное сечение площадью Г , скорость потокат фвыравнивается по сечению. Выходя изэжектирующего сопла 27 с проходнымсечением 32 площадью Б, поток создает разрежение у смежного эжектирующего сопла 28 и эжектирует газы низкого давления, поступающие из цилиндра, например 3, по выпускному трубопроводу 8 и патрубку 21. Направлениепотока газа низкого давления показано на фиг, 1 и 3 штриховыми стрелками, В выходном диффузоре 19 потоки газов смешиваются, скорости их выравниваются. В результате расширения общего потока по длине Ь от минимального сечения 29 до сечения 38,имеющего площадь проходного сеченияравную или йесколько большую площади Г проходного сечения выпускноготрубопровода 7 (или 8), скоростьпотока уменьшается до скорости в выпускном трубопроводе 7 (или 8) иниже, а давление газов восстанавли 35вается,непосредственно в эжектируюцем сопле 27 и 28 при отношении Б/Р от 1,0 до 0,82 незначительно увеличивает сопротивление по сравнению с таким же сужением потока только в переходнике 30 и 31 в диапазоне отно 11шений - от 1 0 до 1 1. При боль 1)У ушем сужении потока сужение в переходнике 30 и 31 в диапазоне отношенийот 1,1 до 1,5 вызывает в 1,5- 2,5 раза меньше сопротивление (кривая а) по сравнению с сужением непосредственно в сужающемся эжектирующем сопле 27 и 28 (кривая б),Кроме вариантов двигателя с двумя и четырьмя выпускными трубопроводами, присоединенными к одному преобразователю импульсов давления, могут быть варианты и с другим количеством выпускных трубопроводов, например, с тремя или пятью, присоединяемых к одному преобразователю импульсов. Во всех вариантах оптимальными являются: отношение площади Б проходного сечения эжектируюцего сопла 27 и 28 к площади проходного сечения впускного патрубка 20, 21, 55 и 56 в диапазоне от 0,82 до 1,0; отношение диаметра О к диаметру В - в диапазоне от 1,0 до 1,3, при этом меньшее значение для четырехцилиндрового двигателя, среднее значение для шестицилиндрового, а большее - для восьмицилиндрового двигателя; отношение площади Р проходного трубопровода 7, 8, 53 и 54 к площади Р проходного сечения 35 выпускных клапанов 34 от 1,0 до 1,5, при этом меньшее значение для двухтактного двигателя с четырьмя выпускными клапанами в крьшп;е цилиндра, а большее значение для четырехтактного двигателя с двумя или одним выпускным клапаном; отношение диаметра Р проходного сечения 38 на выходе из диффузора 19 к диаметру Э выходного отверстия 25 и 26 в диапазоне от 1,0 до 1,5, при этом большее значение для восьмицилиндрового двигателя.Таким образом, описываемый двигатель внутреннего сгорания позволяет уменьшить длину выпускных трубопроводов, улучшить качество продув1037697 21 8 3 1,9 Ч 5 ЯЗВ ЯЗВ ЯЗОУ ЯЕ о цв Фиа 7 рректор Е. Сирохм ехред И.Ве едактор О. Кузнецо 8/3 тираж 523 Подписно В 11 ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4