Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

ОЙ ИКАНИЕ ИЗОБРЕ 7 ЕНИЯ Союз Совет скнкСоцналистмческикРеслублик ии 748 О 23(23) П рнорнтет -Опубликовано 15.07,80, Бюллетень26Дата опубликования описания 18,0780 Г 02 В 27/00 Гооударстввнный комитет во делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Ордена Ленина, ордена Трудового Красного Знаменизавод транспортного машиностроения им, В, И. Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕ 1-1 НЕГО СГОРАНИЯ 3Изобретение относится к машиностроению в частности двигателестроению, а именно к устройствам для наддува двигателей внутреннего сгорания, использующих кинематическую и волновую энергию в системах впуска. Известны системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие впускные коллекторы, объединяющие цилиндры с несовпадающими фазами впуска и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетателя 11). Однако известные устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания иежду впускными коллекторами и компрессорной ступенью имеют промежуточную емкость (ресивер-отражатель), которая для обеспечения аффективного использования кинетической и волновой анергци и защиты компрессора от колебаний воздушного столба, должна иметь объем не менее половины рабочего объема пилиндров двигателя, что усложняет системунаддува, увеличивает габаритные размерыц вес системы в целом.Цель;о изобретения является упроще нце конструкции ц уменьшение габаритовустройства для наддува двигателя внутреннего сгорания.Цель достигается тем, что впускныеколлекторы сообщены между собой припомощи трубопровода и расположеныакустически зеркально, а воздухонапорныйпатрубок турбонагнетателя подсоединенперпендикулярно и симметрично коллекторам.На фцг, 1 схематически изображенасистема наддува; на фиг, 2 - то же,вварианте для тт -образчого двигателя;на фиг. 3 - акустическая модель систе. мы наддува, на фцг. 4 - осциллограммы Мдавленця во впускном коллекторе ц втрубопроводе-отражателе; на фиг, 5 варианты исполнения системы трубопроводов; на фцг 6 ц 7 - изменение точек3 74 , резонанса для вариантов исполнения системы трубопроводов, изображенных на фиг. 5; на фиг. 8 - варианты изменения длины трубопровода; на фиг. 9 - результаты проверки суммарного коэффициента наполнения.В устройсте ддя наддува двигатель внутреннего сгорания 1 имеет два одинаковьк впускньк коллектора (резонатора) 2, объединяющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и равномерным чередованием тактов впуска, Коллекторы 2 сообщены между собой при помощи трубопровода 3, а воздухонапорный патрубок 4 турбонагнетателя 5 подсоединен перпендикулярно к трубопроводу 3 и симметрично коллекторам 2. Раэветвление воздухонапорного патрубка 4 и трубопровода 3 делит трубопровод 3 на два равных отрезка так, что коллекторы 2 относительно разветвления расположены друг к другу акустически зеркально, Турбонагнетатель 5 состоит иэ компрессора 6 и турбины 7, к которой выпускные газы подводятся по выпускным коллекторам 8.Устройство работает следующим образом.В коллекторах 2 и половинках трубопровода 3 от всасывающего действия поршней возникают вынужденные колебания стопба воздуха, которые при определенных соотношениях объема коллектора и длины половинок трубопровода 3 развиваются в резонансные. Из теории эвукопроводов известно, что ответвление трубопровода (воздухонапорного патрубка) 4 от трубопровода 3 является отражателем колебаний, идущих в грубо- проводе 3. Наиболее полным это отражение будет при определенном соотношении длины трубопровода 4, длины волны резонирующей гармоники и возмущающего импульса. При этом длина трубопровода 4 может быть рассчитана по формуле 80234 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 е=С"-,-где- длина трубопровода 4;- порядок тона (д дО, 1, 2,3)Д - длина волны резонирующейгармоники возмущающего импульса.В предлагаемой системе наддува ресивер-отражатель отсутствует, а его ропьвыполняет разветвпение трубопроводов(фильтр Квинке), одинаково для обоих коллекторов ( резонаторов) 2, посколькупоследние подключены к разветвлениюзеркально. Развивающиеся в резонаторахколебания отражаются от разветвления,которое выполняет роль ресивера-отражателя, одновременно являясь трубопроводом, отводящим воздух от компрессора,что упрощает систему, делает ее болеекомпактной и легкой. Введение в системуфильтра Квинке дает возможность настраивать резонатор и сам фильтр на однурезонирующую частоту, что позволяет получить в одной точке особенно сильныйрезонанс, Возможен также и другой вариант, когда резонатор настроен на одну .частоту, а фильтр Квинке - на другую.В этом случае система динамическогонаддува настроена на два режима работыс пологим протеканием коэффициента наполнения по скоростной характеристике. Таким образом, замена ресивера-отражателя на фильтр-отражатель позволяет подучить добавочный элемент для настройки системы динамического наддува.Из теории звукопроводов также следует, что эффект отражения имеет место также и при длине трубопровода 3 равной нулю, т, е. при непосредственномприсоединении трубонагиетателя к разветвлению, что расширяет компоновочные возможности описываемого устройства, Предлагаемое устройство может обеспечить динамический наддув и без турбонагнетателя, В этом случае установка на входе в устройство воэдухоочиститедя иди глушителя шума, вместо турбонагнетатедя,. не потребует ресивера-отражателя, поскольку отражение от разветвления будет иметь место и беэ турбонагнетателя. Практическая проверка предлагаемого устройствадля наддува выполнена на 6-ти цидиндровом Ч -образном двигателе с наддувом от двух турбонагиетателей, для которого система органически присуща, по схеме, представленной на фиг, 2, Система состоит из двух турбонагнетатедей 5, у которых турбины 7 подсоединены к выпускным коллекторам 8 двигателя 1, Компрессор 6 каждого турбонагнетателя 5 при помощи воэдухонапорного патрубкв 4 длинойр. и трубопровода 3 общей длиной Ь = 2 Р присоединены к впускным коллекторам 2 двигателя 1. Патрубок 4 и трубопровод 3 подсоединены так, что образуют развет" аленке, которое делит трубопровод 3 на две5 7460 равные части 1, д системы "впускной коллектор-трубопровод длиной Иподсоединены друг к другу зеркально. Впускные коллекторы 2 имеют объем 4,5 л кдждый, величина коТорого в ходе экспериментов не меняется. Горловина впускного коллектора дидметром 490 мм в ходе эксперимента остается постоянной.Длины трубопроводов 4 и 3 в ходе эксперимента изменяются, Проверяются также изменения сечения трубопровода Э (Ф=70 и 90 мм), Двигатель имеет равномерное чередование тактов впуска через 1 20 угла поворота коленчатого вала. В каждом блоке, объединяющем три цилиндра с несовпадающими фазами впуска, чередование тактов впуска также равноо мерное и происходит через 240 угла поворота коленчатого вала, Акустическая модель динамической системы наддува (фиг. 3) состоит из двух резонаторов Гельмгольца с симметрично присоединенным к ним трубопроводам длиной г. закрытым с одного конца. На фиг. 4 приведены осциллограммы давления во впускном коллекторе 2 (кривая 9) и в трубопроводе 3 (кривая 10). Как видно на фиг, 4, явно выраженные колебания на впуске двигателя, вследствие отражения от разветвления, доходят до компрессора в ослабленном виде(уменьшаясь по амплитуде примерно в 3 раза), Таким образом, предлагаемая система, способствуя развитию колебаний на впуске в двигателе, защищает от проникновения их в компрессор без применения специального ресивера.Собственная частота колебаний столба воздуха в резонаторе Гельмгольца4 О может быть определена из известного со- отношения 2 " 6несколько вариантов системы тр 760 п)Овофдов, показанных цд фцг. 5. Объем коллектора остается в этих вариантах постоянным. 1 1 и П вяридцтдх изменяется сечение трубопровода 3, длцна их остаетсяпостоянной, це изменяется также и трубопровод 4 ( Ь -70 мм, 5 -90 мм,101.4 мм),)1 д фиг, 6 показано влияние сечениятрубопровода 3 цд положение точек резо днса, где Р - давление сжатия1г 1 д 1-число обоРотов двигателЯ. Из фиг. 6видно, что уменьшение сечения трубопровода 3 приводит к смещению резонансав сторону меньших оборотов (мецьшихчастот). Проверка влияния длины патрубка 4 выполнен цд вариантахи 1 У(см. фиг, 7) ( -600 мм, (,т, -200 мм,Я -90 мм, ., -.014 мм, 1 з показанныхнд фиг. 8 результатов экспериментальной проверки этих. вариантов следует,что уменьшение длццьг Стр (уддлецие отдлины соответствую.цей фильтру Квинке),уменьшает ма кс имул резонанса, не изменяя положения его цд характеристике,Регулирующее действие обоих настроечных элементов (резонатора и фильтраКвцнке) показано цд примере изменениясуммарного коэффициента наполненияг 1 (фиг. 9). Кривая 11 соответствуетгЧЕйастройке обоих элементов, резонатораи фильтра, на одну частоту в областималых оборотов (П/-1400 об/мцн), акривая 12 - настройке резонатора ифильтра на разные частоты (нд и - 1400н 2600 об/мин), )1 з фцг. 9 следует,что настройка нд одну точку резко повышает величину , в зоне малых чиселоборотов, а настройка цд разные точкивыравнивает протекание (, , что подтверждает регулирующие свойства указанных двух элементов системы,Таким образолг, применение предлагаемого устройства для дцналшческого над 45 дува в двигателе, имеющим только турбоколлпрессорный наддув, прц сохрднениигабаритных и весовых пркдздтелей, позволит увеличить коэффициент ндцо. гя,эффективность работы турбоцагнетдтеляи топливную экономичность двигателявнутреннего сгорания,Ш=СЧДГ т,2) где - собственная частота колебании (1 /с )скорость звука ( л 1/с )Я - сечение горловины резонатора ( М );-длина горловины ( м)Ч - объем резонатора (м ).Из зависимости (2) следует, что соотношение объема резоцдторд, длины и сечения его горловины должно определять положение точки (или точек) резонанса и их амплитуду нд скоростной характеристике двигателя. Для экспериментальной проверки этих положений используется Формула изобретения Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содеж аллее впускцые коллекторы, объедицяющц цилиндрыИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент СССР М 498916,кл. Г 02 В 27/00, опублик. 1976.7 748023 8с несовпадающими фазами впуска и сооб- патрубок турбок туронагнетателя подсоединен щепные с воэдухонапорным патрубком к трубопроводу перпендикулярно и симмет турбона гнетателя, о т л и ч а ю щ е- рично коллекторам.е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов, кол-.лекторы сообщены между собой при по5моши трубопровода и расположены акустически зеркально, а воэдуконапорный748023дюРс ф б Фоо оФигФЙЮ ИОО ЯРОО. 23 дО одб ииР4 оо Иоииоо39/8 ТодпксноеиНИИПИилнал ППП Патент", г. Ужгород, ул. П