Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания

(51)5 Р 02 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАТЕКТУ Фиг.(54) РЕЗОНАНСНАЯ ВЫПУСКНАЯДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГО(57) Выпускная система позволярить диапазон резонансных режиты двигателя путем согласованканала выпуска газов в атсмосфемом работы. Выпускная системавыпускной коллектор 1, канал выпв атмосферу, который состоит из д2, цилиндрической части 3, конфотводного канала 5, который в цел СИСТЕМАРАНИЯет расшимов рабоия длиныру с режисодержитуска газовиффузораузора 4 иях регулировки состоит из двух частеи: стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток 7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси коллектора, с внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего элемента в виде пальца 9, элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент 11 в виде витой пружины, другой конец которой прикреплен к коллектору 1. Винтовая канавка 8 имеет фиксирующие лунки 13 для элементов качения, Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстроить длину резонансной части тракта под скоростной режим двигателя. 7 з,п. ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретно к устройствам, использующим волновую энергию выпускных газов для повышения качества очистки и наполнения цилиндра.Известна резонансная выпускная система, содержащая отражатель импульсов, сообщающий выпускной патрубок двигателя с атмосферой, Отражатель импульсов состоит из диффузора, цилиндрической и конфузорной частей и заканчивается цилиндрическим отводным патрубком,Эта система имеет элемент регулирования длины диффузора в виде телескопического соединения труб, однако не содержит механизма, изменяющего длину настроенной части в зависимости от скоростного режима работы двигателя.Известна также резонансная система, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших га-. зов в атмосферу и механизм перемещения отражателя импульсовЦелью изобретения является расширение диапазона резонансного режима работы.Указанная цель достигается тем, что резонансная выпускная система двигателя, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших газов в атмосферу и механизм перемещения . отражателя импульсов, снабжена упругим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки, механизм перемещения выполнен в виде опорного элемента с канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента, Кроме того, опорный элемент может быть выполнен в форме винтовой линии на боковой поверхности стакана, последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора. Опорный элемент может быть размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя.Опорный элемент может быть также размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.Кроме того, упругий элемент можетбыть кинематически связан с дроссельной5 заслонкой двигателя. Кинематическая связьупругого элемента с дроссельной заслонкойможет быть выполнена в виде сильфона.Канал выпуска газов в атмосферу можетбыть разделен по меньшей мере на две сек 10 ции, размещенные по окружности коллектора, а опорный и прижимающий элементы сразмещенной между ними канавкой и элементами качения могут быть выполнены ввиде упорного подшипника, ось которого15 совмещена с осью выпускного коллектора.Кроме того, в канавке для элементов качения могут быть выполнены фиксирующиелунки.На фиг.1 изображен первый вариант вы 20 пускной системы двухтактного двигателя;на фиг.2 - то же, второй вариант; на фиг.3 -разрез А - А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б - Бна фиг.2; на фиг,5 - вариант выпускной системы для четырехтактного двигателя; на25 фиг.6 - вид В на фиг,5; на фиг;7 - третийвариант выпускной системы для двухтактного двигателя.Газовый тракт (фиг.1) резонансной выпускной системы двухтактного двигателя30 содержит выпускной коллектор 1 двигателя,канал выпуска газов в атмосферу, которойсостоит из диффузора 2, цилиндрическойчасти 3, конфузора 4 и отводного канала 5,который в целях регулировки состоит из35 двух частей; стакана 6, выполненного в видеотражателя, и газовых поворотных лопаток7, Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси40 коллектора. В отводном канале 5 установлены газовые поворотные лопатки 7. С внешней стороны по окружности стакана 6размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего45 элемента в виде пальца 9 и элемента 10качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент в виде витойпружины 11, другой конец которой прикреплен к коллектору 1,50 Второй вариант выпускной системы(фиг,2) двухтактного двигателя отличаетсяот первого варианта тем, что отражатель 6импульсов при помощи стоек 12 прикрепленк коллектору 1, Винтовая канавка 8 может55 иметь фиксирующие лунки 13 для элементовкачения.Третий вариант системы (фиг.5), предназначенный для 4-тактного двигателя, неимеет отводного канала и конфузора.отражателя. Отклоняющие лопатки 7 установлеслонкой 17 двигателя 10 15 20 30 35 40 45 50 55 ны на выходе потока в атмосферу из отражателя. В данном варианте конструкции между внутренней поверхностью стакана 6 и наружной поверхностью коллектора 1 выполнено винтовое соединение 14 с крупным шагом между витками. Упругий элемент 11 одним концом прикреплен к стакану 6, а другим концом через кольцо 15 и сильфон 16 кинематически связан с дроссельной заВариант выпускной системы, изображенный на фиг.7, содержит по меньшей мере два неподвижные секции разной длины, включающие цилиндрическую 3 и конфузорную 4 части, и неподвижный стакан 6 с лопатками 7, установленный на оси 18, На этой оси установлена шайба 19, образующая с втулкой 20 упорный подшипник с шариками 21. На дорожке подшипника выполнены фиксирующие лунки для шариков, Шайба 19 прижимается к втулке 20 при помощи пружины 22.Устройство работает следующим образом. При открывании поршнем выпускного окна двухтактного двигателя газ устремляется в коллектор 1, создавая волну давления. Эта волна, пройдя цилиндрический участок коллектора 1, отражается от диффузара 2 волной разрежения, которая возвращается к цилиндру и способствует интенсификации продувки. Первоначальная волна давления далее проходит цилиндрическую часть 3 и затем отражается от конфузора 4 волной давления, Отраженная волна давления возвращается к цилиндру перед закрытием окна, препятствует вытеканию из цилиндра свежего заряда, участвующего в продувке, и повышает массовое наполнение цилиндра. После прохождения отражателя импульсов поток газа попадает на отклоняющие газовые лопатки 7. Газ на лопатках создает реактивный момент, под действием которого стакан 6 поворачивается вокруг оси коллектора 1. Элемент 10 качения, связанный с неподвижным пальцем 9, перемещается по винтовой канавке 8 и передвигает стакан, уменьшая длину настроенной части. Выпускная система (фиг.5) для четырехтактного двигателя работает следующим образом.При открывании выпускного клапана возникает волна давления, которая подходит к отражателю импульсов и отражается волной разрежения. Эта волна приходит к клапану перед его закрытием и отсасывает отработавшие газы из цилиндра, улучшая очистку цилиндра. Под действием. реактивного момента, возникающего от поворота газа на лопатках 7, стакан поворачивается и одновременно перемещается вдоль оси с помощью винтового соединения 14 между стаканом и коллектором, Величина реактивного момента зависит от плотности окружающего воздуха (что имеет значение для авиационных двигателей) и от объемного расхода газа через двигатель. В данной конструкции при уменьшении плотности воздуха или уменьшении расхода воздуха изменяется положение заслонки 17 или размер сильфона 16. Тогда кинематически связанный с ними упругий элемент 11 уменьшает свой натяг и для поворота стакана 6 требуется меньший реактивный момент. Это позволяет устранить влияние плотности и расхода воздуха на настройку выпускной системы,Выпускная система, изображенная на фиг,7, работает следующим образом,При изменении скоростного режима двигателя изменяется реактивный момент на лопатках 7, и стакан 6 поворачивается вокруг оси 18 на шариках 21. Стакан поворачивается до тех пор,пока реактивный момент не станет равным усилию упругого элемента 11. Шарики, перекатываясь по дорожке между шайбой 19 и втулкой 20, попадают в фиксирующие лунки, позволяющие точно совместить выход потока из стакана 6 в одну из неподвижных секций. В данной конструкции происходит ступенчатое изменение настроенной длины выпускной системы.Покажем, что частота вращения и двигателя и длина трактаизменяется таким образом, что настройка системы Сохраняется. Своевременный приход волн давления и разрежения к цилиндру, т.е. настрОйка системы, зависит от сочетания и,и скорости звука а, связанных уравнением=С - ,аигде С - постоянная величина, соответствующая настроенной системе. Логарифмируя и дифференцируя это выражение и записывая в конечных разностях, получаютд. (1)иЭта формула связывает изменение угла тракта и частоты вращения при резонансе.Для двигателей, работающих по внешней скоростной характеристике, например для гоночных двигателей, секундный расход воздуха 6 пропорционален произведению п и коэффициента наполнения д,:6 иЭтот расход воздуха проходит через отклоняющие лопатки 7 и вызывает пропорциональный реактивный момент М 0 и Ь.1725764 или 50 55 Если принять, что двигатель работает с постоянным коэффициентом избытка воздуха, а также учитывая, что коэффициент наполнения ц, незначительно меняется по оборотам, тогда М п. Принимая, что характеристика пружины 11 линейна, тогда угол поворота стакана 6 и, .соответственно, линейное перемещение Дстакана вдоль оси коллектора в сторону уменьшения длины тракта пропорционально(2)Если подобрать величину К путем изменения жесткости пружины так, чтобыКтогда выражение (2) тождественно условию(1) резонансной настройки системы, Это означает, что с изменением частоты вращениядлина тракта меняется так, что система остается резонансно настроенной,Использование изобретения позволяетзначительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстраиватьдлину резонансной части тракта под скоростной режим работы двигателя.формула изобретения1, Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащаяпоследовательно установленные выпускнойколлектор, подключенный к цилиндрам двигателя, отражатель импульсов, установленный в торце выпускного коллектора свозможностью поворота вокруг оси коллектора, и канал выпуска газов в атмосферу,выполненный в виде стакана, охватывающего выпускной коллектор, и механизм перемещения отражателя, причем каналвыпуска газов в атмосферу выполнен переменной длины, а цилиндры двигателя сообщены с впускнымтрубопроводом, вкотором установлена дроссельная заслонка, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атмосферу с режимом работы, система снабжена упру гим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки и механизм перемещения выполнен в 10 виде опорного элемента с выполненной внем канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента,2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я 15 тем, что опорный элемент выполнен в формевинтовой линии на боковой поверхности стакана и последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора.20 3. Система по п.2, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что опорный элемент размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя, 25 4, Система по п.2, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что опорный элемент размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.30 5. Система по пп. 1 - 4, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что упругий элемент кинематически связан с дроссельной заслонкой двигателя,6, Система по п.5, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что кинематическая связь упругого эле мента с дроссельной заслонкой выполненав виде сильфона.7. Система по п,1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что канал выпуска газов в атмосферу разделен по меньшей мере на две секции, 40 размещенные по окружности коллектора, аопорный и прижимающий элементы с размещенной между ними канавкой и элементами качения выполнены в виде упорного подшипника, ось которого совмещена с 45 осью выпускного коллектора.8. Система пс пп.1-7, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что в канавке для элементов качения выполнены фиксирующие лунки.1725764 Редактор И,Шмакова Техред М.Моргентал Корректор С Черн аказ 1189 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 НТ СС роизводствен но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101