CS259858B2 - Internal combustion piston engine with resonant system of fresh gas feeding - Google Patents

Description

Vynález se týká spalovacího pístového motoru s rezonančním systémem napájení čerstvým plynem, u něhož je pro zvýšení intenzity plnění válců napojena pomocí krátkých potrubí pro přívod čerstvého plynu na nádrž rezonátoru skupina několika válců a na rezonanční nádrž je napojena rezonanční trubka.

Jsou známé spalovací pístové motory, při jejichž napájení čerstvým plynem se za účelem zvýšení intenzity plnění válců využívá energie kmitání, vybuzeného periodickým nasáváním válců motoru. Obvyklým řešením je plnění pomocí sací trubky, u něhož je na nasávací otvor každého válce motoru napojena nasávací trubka stanovené délky a stanoveného průřezu, tak zvaná rezonanční trubka. U těchto systémů napájení čerstvým plynem probíhá podtlaková vlna vyvolaná nasávacím účinkem válce motoru, jak známo rychlostí přibližující se rvchlosti zvuku podél trubky a odráží se na jejím konci jako tlaková vlna. К odrazu dochází přirozeně i na konci trubky, který přichází do stvku s nasávacím otvorem válce, přičemž však rozkmit odrážené vlny závisí na okamžité průtočné schopnosti nasávacího otvoru. Uvede-li se doba vratného pohybu vlny, to jest počet kmitů plynového sloupce do příznivého souladu s pohybem motorového pístu, dosáhne tlaková vlna na konci doby nasávání válce a může proto plnit válec větším množstvím vzduchu podzvýšeným tlakem. Doba průběhu vlny (samokmitání) je určena mimo rychlost šíření, která se přibližně rovná rychlosti šíření zvuku drahou vlny tam a zpět, čímž se délka trubky stává jedním z nejdůležitějších činitelů pro dosažení zlepšení napájení čerstvým plynem. Průřez trubky působí především na vyvíjející se rychlost a má proto během neustáleného průběhu kmitání na hladinu kinetické energie vvbuzené v trubce účinek, dosahující v závislosti na daném úkolu rovněž určitého optima.

Pro příznivý nrůběh průtoku je přirozeně třeba v podstatě konstantního průřezu trubky, iežto tlakové vlnv se odrážejí nejen od otevřeného konce nebo od konce napojeného na nasávací prostor válce, tak zvaného uzavřeného nebo částečně uzavřeného konce, nvbrž na všech místech, kde se průřez trubkv mění, to jest bud rozšiřuje, nebo se zužuje. Délka trubkv. na níž závisí příznivý pracovní výkon, se proto zajišťuje stálým průřezem trubkv.

Rvchlost média protékajícího jednotlivými úseky kmitacího procesu v nasávací trubce mění směr a médium vystupuje na otevřeném konci trubkv. Tím se ztrácí kinetická energie vystupujícího vzduchového pa. prsku. V praxi se dosud nevyskytla žádná možnost snížení těchto ztrát.

Na nasávacím úseku trubky s konstantním průřezem je sice teoreticky možno napojit jako Její prodloužení ve směru otevřeného konce trubky úsek difuzor umožňující zís kání zpět části ztracené kinetické energie, tím by se však ještě, více zvětšila její délka, která je stejně příliš veliká. Prodloužení trubky způsobené rozšířením úseku trubky by znemožňovalo konstrukční uspořádání nasávací trubky, popřípadě celého napájecího systému čerstvého plynu ve volném prostoru vedle motoru. Nebylo proto takovýchto řešení v praxi použito.

Jsou též známy spalovací pístové motory, u nichž je zdokonalený systém napájení čerstvým plynem vytvořen tak, že mezi nasávacím otvorem určité skupiny válců a rezonanční trubku je vestavěna nádrž o určitém objemu — rezonanční nádrž. Takovýto systém přívodu čerstvého plynu je označován jako rezonanční systém a způsob plnění jako plnění rezonanční. Rezonančního plnění je možno použít nejen u sacích motorů, ježto rezonanční systém přívodu čerstvého plynu je účinný, i když je zabudován mezi odpovídající plnicí zařízení a motor. Posle·' ze uvedená řešení se stalo známým pod označením kombinovaná plnění. Tak média protékajícího rezonančním systémem se mění periodickým nasáváním skupiny válců motoru napojené na nádrž rezonátoru, jejichž nasávací pracovní doby se vzájemně v podstatě nekryjí. Souhlasí-li budicí frekvence se samokmitočtem rezonančního systému, vzniká v systému přívod čerstvého plynu rezonance a zesílené kmitání a válec motoru se plní médiem v podstatě větším množstvím. Při určitých rozměrech jednotlivých prvků rezonančního systému zvyšuje kmitání plynu plnění válců nejen při otáčkách motoru, při nichž dochází к rezonanci, nýbrž jsou účinné v širokém rozmezí otáček motoru, ačkoli největšího účinku plnění se dosahuje při rezonanci. Výhoda systému spočívá v tom, že rezonanci je možno nastavit nejen na vysoké otáčky motoru, nýbrž za vhodnou volbou samokmitočtu rezonančního systému je možno zdokonalit napájení čerstvým plynem i při nízkých otáčkách motoru bez újmy činnosti motoru při vysokých otáčkách.

Samokmitočet média proudícího rezonančním systémem nezávisí na rozdíl od plnění pomocí nasávací trubky jen na délce rezonanční trubky s konstantním průřezem, nýbrž i na tomto průřezu a na objemu rezonančního prostoru. Dodržení rozměrů, popřípadě rozměrových poměrů potřebných a žádoucích к dosažení samokmitočtu a podmiňujících výkonnost, je však spojeno s vysokými náklady, které ztěžují konstrukční provedení rezonančního systému a uspořádání volného prostoru v okolí motoru. Konstrukční uspořádání nádrže rezonátoru s určitými rozměry, zvláště však rezonančních trubek, bylo však základním předpokladem praktického použití, к jejich řešení byla navržena bezpochyby užitečná řešení. Ačkoli zmíněné konstrukce vhodně využívají volného prostoru vedle šestiválcového řadové· ho motoru, nemůže žádné z těchto řešení nic měnit na skutečnosti, že rozměry podmiňující dokonalý výkon, jsou příliš velké.

V důsledku toho je potřeba místa pro jinak vhodně vyřešené konstrukce velká, což může být v četných případech překážkou praktického použití.

Cílem vynálezu je proto odstranění uvedených nedostatků spalovacího pístového motoru s rezonančním systémem čerstvým plynem do motoru vyžadujícím co nejmenší prostor pro vestavbu při zachování malé hmotnosti celku s nízkými výrobními náklady.

Vynález spočívá na poznatku, že rozměry pro vestavbu rezonančního systému je možno při dodržení shora zmíněných rozměrových poměrů nejůčinněji zmenšit v případě, když se ziiží průřez rezonanční trubky, ježto se tím nejen zmenšuje samotný průřez, nýbrž к dodržení rozměrových poměrů podmiňujících účinný způsob práce postačí i kratší délka rezonanční trubky a/nebo menší rezonanční objem, ačkoli průřez rezonanční trubky je stanoven rychlostí plynu vystupujícího z trubky, popřípadě velikostí kinetické energie, který při výstupu z trubky do nádrže rezonátoru v podstatě uniká, což popřípadě značnou měrou zvyšuje ztráty při proudění v rezonančním systému.

Vytčeného cíle se dosahuje vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že každá rezonanční trubka obsahuje alespoň na jednom svém konci úsek s průřezem kuželovité rozšířeným ve směru к nádrži rezonátoru, přičemž průřez konce rezonanční trubky, kolmý к její ose a napojený na nádrž rezonátoru je 1,2 násobkem nejmenšího průřezu rezonanční trubky, vzdálenost mezi koncem rezonanční trubky napojené na nádrž rezonátoru a protilehlou stěnou nádrže rezonátoru je v prodloužení osy rezonanční trubky větší než průměr průřezu napojených konců rezonanční trubky se stejným průřezem a objem rezonančního prostoru je u skupiny válců součtem objemu její nádrže rezonátoru, objemů .potrubí ústících do nádrže rezonátoru prvé skupiny válců a průměrného objemu válce, spojeného po dobu kmítacího cyklu s nádrží rezonátoru sacím otvorem, objem rezonančního prostoru druhé skupiny válců je součtem objemu druhé nádrže objemů potrubí ústících do nádrže druhé skupiny válců a průměrného objemu válce, spojeného po dobu kmitacího cyklu s druhou nádrží otevřeným sacím otvorem a každý z rezonančních objemů skupin válců je alespoň 2,5 násobkem objemu každé rezonanční trubky.

Každá rezonanční trubka obsahuje na svém konci odvráceném od nádrže rezonátoru úsek s kuželovité rozšířeným průřezem, přičemž jeden konec kolmý к ose rezonanční trubky je nejméně 1,2 násobkem nejmenšího průřezu rezonanční trubky.

Konec každé rezonanční trubky odvrácený od nádrže rezonátoru jednotlivých sku pin válců ústí do vyrovnávací nádrže a vzdálenost mezi koncem rezonanční trubky ústící do vyrovnávací nádrže protilehle vzhledem ke konci rezonanční trubky, je v prodloužení osy rezonanční trubky větší než průměr průřezu jejího ústícího konce se stejným kruhovým průměrem.

Vyrovnávací nádrž je napojena na výtlačnou stranu plnicího zařízení.

Výhoda vynálezu spočívá v tom, že se jím usnadňuje vestavění rezonančního systému do spalovacího pístového motoru, snižují se ztráty čerstvého plynu snížením rychlosti jeho proudění na počátku a na konci rezonanční trubky, přičemž se zintenzivňuje plnění válců, aniž dochází к rozkmitu vlny, jemuž se zabraňuje podstatným zvětšením rezonančního prostoru. К dosažení uvedených výhod není třeba prodlužovat rezonanční trubku.

Vynález je znázorněn se všemi podrobnostmi na výkresech jednoho příkladu provedení šestiválcového čtyřdobého spalovacího pístového motoru s turboplněním a se zdokonaleným rezonančním systémem napájení čerstvým plynem, kde obr. 1 představuje šestiválcový čtyřdobý řadový motor s turboplněním a s rezonančním systémem zdokonalujícím, popřípadě zintenzivňujícím plnění válců, obr. 2 je detail rezonančního systému přívodu čerstvého plynu do spalovacího motoru podle obr. 1, vzájemné napojení nádrže rezonátoru a rezonanční trubky v řezu ve zvětšeném měřítku, obr. 3 je detail rezonančního systému spalovacího pístového motoru podle obr. 1, vzájemné napojení rezonanční trubky a vyrovnávací nádrže v řezu ve zvětšeném měřítku.

Spalovací pístový motor podle obr. 1 je šestiválcový čtyřdobý řadový motor, v jehož válcích 1 až 6 jsou uspořádány písty 7 až 12 v obvyklém sledu zapalování. Válce 1 až 6 jsou postupně v řadě opatřeny nasávacími otvory (sacími ventily) 13 až 18 na něž je napojen rezonanční systém čerstvého plynu zdokonalující napájení válců 1 až 6 čerstvým plynem. Celkový obsah motoru je 12 1, takže objem válce 1 až 6 je 2 1. Jmenovité otáčky motoru jsou 2 200 za minutu. V důsledku čtyřdobého způsobu práce a shora zmíněného sledu zapalování odpovídá v každé skupině obsahující válce 1, 2, 3 a 4, 5, 6 dráha zapalování úhlu natáčení klikového hřídele 240°. Úhel udržování nasávacích otvorů 13 až 18 v otevřené poloze je 240ť, takže se ve skupinách válců 1 až 3, popřípadě 4 až 6 sací periody jednotlivých válců 1 až 3, popřípadě 4 až 6 nepřekrývají. Tím je umožněno napojit nasávací otvory 13 až 15 válců 1 až 3 řady potrubími 19 až 21 pro přívod čerstvého plynu na nádrž 31 rezonátoru a nasávací otvory 16 až 18 válců 4 až 6 řady potrubími 22 až 24 pro přívod čerstvého plynu na nádrž 32 rezonátoru. Délka potrubí 19 až 24 pro přívod čerstvého plynu měřená od sacích otvorů 13 až 18 až po jejich průřezy 25 až 30 napojené na nádrž 31 rezonátoru, popřípadě nádrž 32 rezonátoru je 0,2 m a je proto menší než hodnota vyplývající z podmínky n/1 500 rovná se 1,46 m, přičemž n = 2 200 jmenovitých otáček motoru za minutu a 1 500 je zkušební konstanta.

Proti stěně 49 nádrže 31 rezonátoru, do níž ústí napojovací průřezy 25 až 27 potrubí 19 až 21 pro přívod čerstvého plynu, je umístěn napojovací konec 35 rezonanční trubky 33. Proti stěně 50 nádrže 32 rezonátoru, obsahující napojovací průřezy 28 až 30 je umístěn napojovací konec 36 rezonanční trubky 34. Konce 37, 38 trubek vzdálenějších od nádrží 31, 32 rezonátorů ústí do vyrovnávací nádrže 39, která je napojena přes vstupní otvor 40 a spojovací trubku 41 na výtlačnou stranu 42a plnicího zařízení 42. Na obr. 1 je plnicí zařízení 42 vytvořeno jako turbokompresor spalin. Je však možno použít plnicích zařízení jiných systémů a jiného způsobu práce.

Periodické nasávání válců 1 až 3 uvádí čerstvý plyn přes potrubí 19 až 21 napojená na sací otvory 13 až 15, přes nádrž 31 rezonátoru a přes rezonanční trubku 33 napojenou na tuto nádrž, rezonanční systém čerstvého plynu do kmitavého pohybu. Vzhledem к tomu, že sled zapalování válců 1 až 3 napojených na nádrž 31 rezonátoru odpovídá úhlu natáčení 240° klikového hřídele, následuje též sací účinek pístů 7 až 9 po sobě v úhlu 240°, to jest, že při vybuzených kmitech doba každého kmitacího cyklu odpovídá natočení úhlu 240° nezávisle na okamžitých otáčkách motoru. Nasávací otvory 13 až 14, které jsou během úhlového natáčení 240° otevřené, jsou tedy otevřené právě během jednoho celého kmitacího cyklu, a proto je v těchto případech spojen během kmitacího cyklu pouze jeden ze tří válců 1 až 3 s nádrží 31 rezonátoru. Ve znázorněném okamžiku například je nádrž 31 rezonátoru přes otevřený nasávací otvor 13 válce 1 ve spojení s nádrží 31 rezonátoru.

V tomto případě odpovídá například průměrný objem la celého kmitacího cyklu válce 1 spojeného přes otevřený sací otvor 13 během otevření až po napojení sacího otvoru 13 s nádrží rezonátoru 31 jednoduché algebraické střední hodnotě úhlového natočení 240° okamžitého vytvářejícího se objemu válce.

Kdyby doba otevření sacího otvoru 13 byla kratší než odpovídá době kmitací periody, kdyby například v popisovaném provedení sací otvor 13 byl otevřen místo 240° pouze po dobu úhlového natočení 200°, bylo by nutno vzít zřetel během doby od otevření do uzavření sacího otvoru 13 při úhlovém natočení 200° na okamžitý s tím související objem válce, ježto během zbývající doby úhlového natočení 40° není válec 1 přes sací otvor 13 ve spojení s nádrží 31 rezonátoru. V uvedeném časovém rozmezí je válec 5 přes sací otvor 17 ve spojení s nádrží 32 rezonátoru. V tomto případě odpovídá průměrný objem 5a nádrže 32 rezonátoru po celý kmitací obvod válce, spojeného otevřeným sacím otvorem 17, jednoduché algebraické střední hodnotě okamžitě se vytvářejících objemů od otevření až po zavření sacího otvoru 17 úhlovému natočení 240°.

Při praktickém použití se může stát, že doba otevření sacích otvorů 13 až 18 je delší než kmitací cyklus. V popisovaném příkladu provedení by к tomu došlo v případě, kdyby sací otvory 13 až 18 zůstaly otevřeny déle než odpovídá úhlovému natočení 240°. Je-li například doba otevření 260°, dochází mezi sacími periodami jednotlivých válců 1 až 6 к překrytí 20°. Při stanovení průměrného objemu válce je nutno v těchto případech vzít zřetel na to, že během 20° překrytí dvou nasávacích otvorů 13 až 15, popřípadě 16 až 18 jsou vždy současně dva otevřené válce 1 až 4 popřípadě 4 až 6 jsou vždy po dvou současně spojeny s nádrží 31, 32 rezonátoru.

Shora zmíněný průměrný objem la válce 1, objem 19a potrubí 19 pro přívod čerstvého plynu a dále objemy 20a a 21a potrubí pro přívod čerstvého plynu nasávacími otvory 14, 15, které jsou též právě otevřené a jsou ve spojení s nádrží 31 rezonátoru potrubími 20, 21 pro přívod čerstvého plynu a objem 31a rezonanční nádrže 31 tvoří společně rezonanční prostor. Objem V, který je součtem objemů la, 19a, 20a, 21a a 31a uvažovaného rezonančního prostoru činí u popisovaného příkladu provedení 10 1.

Podobně tvoří průměrný objem 5a, objem 23a potrubí pro přívod čerstvého plynu, jakož i objemy 22a, 24a potrubí 22, 24, která jsou ve spojení i při uzavřených sacích otvorech 16 až 18 s nádrží 32 rezonátoru, jakož i objem 32a nádrže 32 rezonátoru společně rezonanční prostor. Objem V, který je součtem objemů 5a, 22a, 23a, 24a a 32a je podle toho, co bylo uvedeno, 10 1.

Rezonanční trubka 33 spojená s nádrží 31 rezonátoru, jakož i rezonanční trubka 34 spojená s nádrží 32 rezonátoru jsou vytvořeny tak, že mají střední minimální průměr v úsecích 43, popřípadě 44, přičemž číselná hodnota minimálního průřezu úseku 43a, popřípadě 44a je v popisovaném příkladu 46 cm². Rezonanční trubky 33, 34 mají na svých obou koncích ve směru ke koncům 35, 37, popřípadě 36, 38 úseky 45, 47, 46, 48 s rozšířeným průřezem. Je proto na úsek 43 rezonanční trubky 33, jehož průřez je nejmenší, napojen úsek 45 s rozšířeným průřezem, v důsledku čehož je průřez 35a konce 35 rezonanční trubky 33 spojený s nádrží 31 rezonátoru větší než průřez 43a úseku 43 s minimálním průřezem. V blízkosti nádrže 31 rezonátoru protilehlého konce 37 rezonanční trubky 33 je vytvoření rezonanční trubky 33 podobné. Na úsek 43 je napojen ve směru od nádrže 31 rezonátoru roz šířený průřez 47, v důsledku čehož je průřez 37a konce 37 rezonanční trubky 33 větší než průřez úseku 43 s minimálním průřezem.

S účinkem očekávaným od rozšíření průřezu rezonanční trubky 13 lze počítat v případě, jestliže průřez 35a, popřípadě 37a je nejméně 1,2 násobný proti minimálnímu průřezu 43a. V zájmu dosažení nejpríznivějšího účinku je však účelné volit rozšíření průřezu převyšující hodnotu 1,2. V popisovaném příkladu jsou průřezy 35a, popřípadě 37a 1,6 krát větší než průřez 43a a jeho čísehiú hodnota je 25,6 cm². Stejné rozměry, popřípadě rozměrové poměry má průřez 36a, popřípadě 38a konce 36 a konce 33 rezonančních trubek 34, které jsou rozšířenými průřezy úseků 46, popřípadě 48 spojeny s úsekem 44 nejnižším potrubním průřezem 44a.

Délka rezonančiních trubek 43, 34 mezi konci 35, 37 popřípadě 36, 38, včetně délek úseku 45, 47, popřípadě 36, 38 s rozšířeným průřezem je volena tak, aby rezonanční systém přívodu čerstvého plynu měl největší účinek zdokonalující plnění při otáčkách nedosahujících ani polovinu jmenovitých otáček motoru, u popisovaného příkladu provedení 1000 ot./min. Při budicí frekvenci nasávacích period válců 1 až 3, popřípadě 4 až 6 dochází podle toho při takto zvolených otáčkách motoru, к rezonanci v systému přívodu čerstvého plynu. Z tohoto požadavku vyplývá délka rezonanční trubky 33, popřípadě 34 0,73 m a jejich objem 33a, 34a při uvedených průřezech 43a, 44a, 35a, 37)1, 36a, 38a 1,2 1. Úseky 45, 47, 46, 48 s rozšířeným průřezem jsou kuželové s rovnými povrchovými přímkami. Je proto objem V rezonančního prostoru 8,4 krát větší než objem 33a, popřípadě 34a rezonančních trubek 33, 34.

Pro zajištění příznivého proudění čerstvého plynu je nádrž 31 rezonátoru u ústí konce 35 rezonanční trubky 33 vytvořena tak, aby byla v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 33 vzdálenost mezi protilehlou stěnou 49 nádrže 31 rezonátoru ke kruhovému průřezu 35a konce 35 rezonanční trubky 33, který je kolmý к ose 55, větší nož průměr kruhového průřezu 35a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Podobným způsobem je nádrž 32 rezonátoru vytvořena tak, aby v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 34 byla vzdálenost 56 mezi protilehlou stěnou 50 nádrže 32 rezonátoru a kruhovým průřezem 36a konce 36 rezonanční trubky 34 kolmým к ose 55 větší než průměr průřezu 36a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Pro zajištění příznivého proudění čerstvého plynu je vyrovnávací nádrž 39 u napojení konce 37 rezonanční trubky 33 vytvořena tak, aby vzdálenost 57 měřená v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 33 mezi protilehlou stěnou 51 vyrovnávací nádrže 39 a kruhovým průřezem 37a konce trubky 33 rezonátoru kolmým к ose S5 byla větší než průměr průřezu 37a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Podobně je vytvořena vyrovnávací nádrž 31 u ústí konce 38 rezonanční trubky 34, takže měřeno v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 34 je vzdálenost mezi protilehlou stěnou 51 vyrovnávací nádrže 39 s kruhovým napojovacím úsekem konce 38 rezonanční trubky 34 větší než průměr průřezu 38a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Na obr. 2 je znázorněno napojení rezonanční trubky 33 a nádrže 31 rezonátoru ve zvětšeném měřítku a v provedení odlišném od provedení podle obr. 1. Ani konec 35 rezonanční trubky 33 ani protilehlá stěna 49 nádrže 31 rezonátoru nejsou kolmé к ose 55 rezonanční trubky 33. Konec 35 rezonanční trubky 33 je vytvořen se zaokrouhlením 54, na které nebyl při určování rozměrů vzat zřetel, mezi protilehlou stěnou 49 nádrže 31 rezonátoru ke kruhovému průřezu 35a konce 35 rezonanční trubky 33, který je kolmý к ose 55, větší než průměr kruhového průřezu 35a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Podobným způsobem je nádrž 32 rezonátoru vytvořena tak, aby v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 34 byla vzdálenost 56 mezi protilehlou stěnou 50 nádrže 32 rezonátoru a kruhovým průřezem 36a konce 36 rezonanční trubky 34 kolmým к ose 55 větší než průměr průřezu 36a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Pro zajištění příznivého proudění čerstvého plynu je vyrovnávací nádrž 39 u napojení konce 37 rezonanční trubky 33 vytvořena tak, aby vzdálenost 37 měřená v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 33 mezi protilehlou stěnou 51 vyrovnávací nádrže 39 a kruhovým průřezem 37a konce 37 trubky 33 rezonátoru kolmým к ose 55 byla větší než průměr průřezu 37a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Podobně je vytvořena vyrovnávací nádrž 39 u ústí konce 38 rezonanční trubky 34, takže měřeno v prodloužení osy 55 rezonanční trubky 34 je vzdálenost mezi protilehlou stěnou 51 vyrovnávací nádrže 39 a kruhovým napojovacím úsekem konce 38 rezonanční trubky 34 větší než průměr průřezu 38a, v popisovaném příkladu 0,08 m.

Na obr. 2 je znázorněno napojení rezonanční trubky 33 a nádrže 31 rezonátoru ve zvětšeném měřítku a v provedení odlišném od provedení podle obr. 1. Ani konec 35 rezonanční trubky 33 ani protilehlá stěna 49 nádrže 31 rezonátoru nejsou kolmé к ose 55 rezonanční trubky 33. Konec 35 rezonanční trubky 33 je vytvořen se zaokrouhlením 54, na které nebyl při určování rozměrů vzat zřetel, a konec 35 rezonanční trubky 33 sahá až к povrchové přímce stěny nádrže 31 rezonátoru, v níž je umístěn konec 35 а к úsekům 45 s rozšířeným průřezem, jejichž krajní okrajové body tvoří průsečíky 52, 53. Průřezem konce 35 rezonanční trubky 33 se rozumí průřez 35a, kolmý к ose 55 v rovině, procházející průsečíkem 52. Vzdáleností 56 mezi konci 35 rezonanční trubky a stěnou 59 vyrovnávací nádrže 39 se rozumí vzdálenost mezi stěnou 49 nádrže 31 rezonátoru spojovacími přímkami tvořícími průsečíky 52, 53 osy 55 rezonanční trubky 33.

Obr. 3 znázorňuje připojení vyrovnávací nádrže 39 a rezonanční trubky 33 ve zvětšeném měřítku. Konec 37 rezonanční trubky 33 je vytvořen se zakulacením 58, na které nebyl při určování rozměrů vzat zřetel a koncem 37 rezonanční trubky 33 se rozumí rozteč mezi stěnou vyrovnávací nádrže 39 a jednoho rozšířeného průřezu úseku 47, což je vyznačeno průsečíkem 59.

Použití potrubí 19 až 24 pro přívod čerstvého plynu není nutnou podmínkou způsobu práce systému, ježto je možná i konstrukce, u níž sací otvory a průřezy 13 a 25, 14 a 26, 15 a 27 se kryjí, takže nádrž 31 rezonátoru je napojena přímo na sací otvory 13 až 15 válců 1 až 3 a stejně nádrž 32 rezonátoru je napojena přímo na sací otvory válců 4 až 5.

Na rozdíl od popisovaného příkladu provedení není bezpodmínečně nutné, aby průřez u rozšířených úseků 45, 46, 47 a 48 byl souvislý. Výhodné konstrukce lze též dosáhnout, když celkové zvětšení průřezu obsahuje několik rozšířených úseků, které jsou proloženy úseky s konstantními průřezy.

Může být též výhodné, jestliže rozšíření průřezu úseků 45, 46, 47 a 48 nedosahuje až ke koncům 35, 36, 37, popřípadě 38, nýbrž když rozšířený úsek zachovává v bezprostřední blízkosti konců přibližně konstantní hodnotu, čímž se spojení rezonanční trubky 33, 34 a nádrže 31, 32 rezonátoru, popřípadě vyrovnávací nádrže 39 zjednodušuje jak z konstrukčního, tak i technologického hlediska.

Na rozdíl od popisovaného příkladu provedení bez plnicího zařízení je u nasávacích motorů bezpodmínečně nutné, aby oba konce 35, 37, popřípadě 36, 38 rezonančních trubek 33, 34 byly stejné, neboť tam, kde vzdálenější konce 37, 38 rezonančních trubek 33, 34 od nádrží 31, 32 vyúsťují přímo do okolí, může být výhodné i provedení, u něhož rozšířený úsek 45, popřípadě 46 rezonančních trubek 33, 34, napojený na nádrže 31, 32 rezonátoru, je napojen jen na konec 35, popřípadě 36 rezonančních trubek 33, 34.

Rezonanční systém přívodu čerstvého plynu podle popsaného příkladu provedení, jímž je opatřen spalovací pístový motor, plněný pod tlakem, pracuje takto. Z podnětu periodického nasávání válců 1 až 3 dochází к periodické změně tlaku a ke kmitání plynu pod tlakem, který je v rezonančním prostoru, odpovídajícím součtu objemu 31a nádrže 31 rezonátoru, objemů 19a, 2Qa, 21a potrubí pro přívod čerstvého plynu 19, 20, a průměrného objemu la během doby trvání kmitacího cyklu čerstvého plynu — v okamžité poloze znázorněné na obr. 1 — při otevření sacího otvoru 13 napojeného válce. Jelikož nejvzdálenější body rezonančního prostoru, nádrže 31 rezonátoru a válce la jsou spojeny s potrubím 19 až 21, jejichž délka je nejvýše n/1 500, mění se tlak stejně a současně v celém rezonančním prostoru, takže v něm nemůže dojít к žádným podstatným fázovým posuvům. Periodické změny tlaku v nádrži rezonátoru urychlují a zpomalují čerstvý plyn proudící rezonanční trubkou 33. Působením vybuzeného kmitání se čerstvý plyn v první polovině sacího procesu ve směru nádrže 31 rezonátoru zrychluje a vybuzené kmitání zvyšuje v rezonanční trubce 33 kinetickou energii proudícího čerstvého plynu. Sloupec čerstvého plynu, který nabývá v rezonanční trubce 33 velké rychlosti, plní ve druhé polovině nasávacího procesu rezonanční prostor takovou měrou, že v něm tlak podstatně stoupá a válec 1 se přeplňuje čerstvým plynem. V úseku 43 s minimálním průřezem rezonanční trubky 33 vzniká v důsledku průřezu trubky, který je ve srovnání se známými provedeními o 30 až 70 % menší, velmi vysoká rychlost, a je proto možno dosáhnout hladiny kinetické energie potřebné pro odpovídající způsob práce s poměrně krátkou rezonanční trubkou 33. Rychlost plynu vznikající v úseku 43 s minimálním průřezem se u konce 35 rezonanční trubky 33, v němž se rozšířený průřez úseku 45 znovu snižuje, čímž se velmi značná rychlost plynu přeměňuje ještě před vstupem do nádrže 31 rezonátoru opět na tlak. Rychlost plynu, jíž je třeba к získání velkého množství kinetické energie, se proto při vstupu do nádrže 31 rezonátoru neztrácí, nýbrž získává se z největší části zpět, takže se ztráta vzniklá prouděním u rezonančního systému přívodu čerstvého plynu nezvětšuje. Rušivý účinek, к němuž dochází u rozšířených úseků 45 a 47 rezonančních trubek 33, 34 v důsledku odrazu vln, se odstraňuje tím, že se objem V rezonančního prostoru volí podstatně větší než je objem čerstvého plynu proudícího nádrží 31 rezonátoru. V popisovaném příkladu provedení je objem V rezonančního prostoru 8,4 násobně větší. V důsledku množství čerstvého plynu nacházejícího se v rezonančním prostoru, popřípadě proudícího rezonančním prostorem, nedochází к změně tlaku skokem, a na koncích 35, 37, a tím i u úseků 45, 47 rezonanční trubky 33 s rozšířeným průřezem je účinek odrazu zanedbatelný. Tím je možno pomocí rezonanční trubky 33, jejíž průřez není konstantní, dosáhnout přibližně stejného účinku jako u dříve známých trubek s konstantním průřezem. Zbývající kinetické avšak již zpožděné energie čerstvého plynu vystupujícího koncem 35 rezonanční trubky 33 se používá též к vyplnění rezonančního prosto ru tak, že se stěna 49 nádrže 31 rezonátoru ležící naproti konci 35 rezonanční trubky 33 uspořádá v odpovídající vzdálenosti od konce 35 rezonanční trubky 33. Tímto způsobem postačí kinetická energie volného paprsku vystupujícího z konce 35 rezonanční trubky 33 к přívodu čerstvého plynu i do vzdálenějších částí nádrže 31 rezonátoru, takže к dosažení tohoto účinku není třeba žádných dalších nákladů na energii představujících ztrátu. Účinek, к němuž dochází, se dále zvyšuje zúžením minimálního průřezu rezonanční trubky 33. Možnost dosažení tohoto účinku je tím větší, čím většího rozšíření průřezu lze dosáhnout v úseku 45 rezonanční trubky 33. Jak bylo prokázáno četnými praktickými měřeními, je možno očekávat dobrý výkon v případě, že průřez 35a konce 35 rezonanční trubky 33 ústící do nádrže 31 rezonátoru je nejméně

1,2 násobkem minimálního průřezu 43a rezonanční trubky 33 nebo ještě větší. U popisovaného příkladu provedení bylo možno při 1,6 násobném rozšíření průřezu zúžit minimální průřez 43a rezonanční trubky 33 tak, že к dosažení rezonance při nastavení zcela nízkých otáček (1 000 ot./min.) je tře ba jen 0,73 m dlouhé rezonanční trubky 33. Podobného výsledku by bylo možno dosáhnout s dosud známými rezonančními systémy jen použitím trubky asi o 50 % delší. Zkrácení rozměru dosaženého u rezonanční trubky 33 umožňuje ve srovnání s dosud známými řešeními snížení objemu 31a nádrže 31 rezonátoru asi o 30 až 40 %. Zmenšení objemu 31a však nesmí dosáhnout tak veliké míry, že by objem V rezonančního prostoru byl menší než 2,5 násobek objemu napojené rezonanční trubky 33, jelikož v tomto případě by již nebylo možno rozšířením průřezu úseku 45 rezonanční trubky 33 zabránit rušivému účinku vzniklého vlnovým odrazem. Podobný proces probíhá i v důsledku kmitání vzniklého v potrubích 22 až 24, v nádrži 32 rezonátoru a v rezonanční trubce 34.

Čerstvý plyn vystupující z vyrovnávací nádrže 39, do níž jej dopravuje přes potrubní spojku 41 turbokompresor 42 a do níž proudí vstupním otvorem 40, dosahuje konců 37, 38 rezonančních trubek 33, 34, přičemž vyrovnávací nádrž 39 se svým velkým objemem tlumí vznikající kolísání tlaku.

Claims (4)

1. Spalovací pístový motor s rezonančním systémem napájení čerstvým plynem, obsahující skupinu válců nepřekrývajících svoje vzájemné nasávací periody a napojených po jednom válci spojovacím potrubím pro přívod čerstvého plynu na nádrž rezonátoru, na níž je napojena alespoň jedna rezonanční trubka, vyznačující se tím, že každá rezonanční trubka (33, 34) obsahuje alespoň na jednom svém konci (35, 36) úsek (45, 46) s průřezem kuželovité rozšířeným ve směru к nádrži (31, 32) rezonátoru, přičemž průřez (35a, 36a) konce (35, 36) rezonanční trubky (33, 34) kolmý к její ose (55) a napojený na nádrž (31, 32) rezonátoru je 1,2 násobkem nejmenšího průřezu (43a, 44a) rezonanční trubky (33, 34), vzdálenost (46) mezi koncem (35, 36) rezonanční trubky (33, 34) napojené na nádrž (31, 32) rezonátoru a protilehlou stěnou (49, 50) nádrže (31, 32) rezonátoru je v prodloužení osy (55) rezonanční trubky (33, 34) větší než průměr průřezu (35a, 36a) napojených konců (35, 36) rezonanční trubky (33, 34) se stejným průřezem a objem rezonančního prostoru je u prvé skupiny válců (1 až 3) součtem objemu (31a) nádrže rezonátoru (31) objemů (19a až 21a) potrubí (19 až 21), ústících do nádrže (31) rezonátoru a průměrného objemu (la) válce (1), spojeného po dobu kmitacího cyklu s nádrží (31) rezonátoru sacím otvorem (13), objem rezonančního prostoru druhé skupiny válců (4 až 6) je součtem objemu (32a) nádrže (32) rezonátoru objemu (22 až 24a)

YNÁLEZU potrubí (22 až 24) ústících do nádrže (32) a průměrného objemu (5a) válce (5), spojeného po dobu kmitacího cyklu s nádrží (32) otevřeným sacím otvorem (17) a každý z rezonančních objemů skupin válců (1 až 3) a (4 až 6) je alespoň 2,5 násobkem objemu (33a, 34a) každé rezonanční trubky [33, 34).

2. Spalovací pístový motor podle bodu 1, vyznačující se tím, že každá rezonanční trubka (33, 34) obsahuje na svém konci (37, 38) odvráceném od nádrže (31, 32) rezonátoru úsek (47, 48) s kuželovité rozšířeným průřezem (37a, 38a), přičemž konec (37, 38) kolmý к ose (55) rezonanční trubky [33, 34) je nejméně 1,2 násobkem nejmenšího průřezu (43a, 44a) rezonanční trubky (33, 34).

3. Spalovací pístový motor podle bodů 1, 2, vyznačující se tím, že konec každé rezonanční trubky (33, 34) odvrácené od nádrže (31, 32) rezonátoru jednotlivých skupin válců (1 až 3, 4 až 6) ústí do vyrovnávací nádrže (39) a vzdálenost (57) mezi koncem (37, 38) rezonanční trubky (33, 34), ústící do vyrovnávací nádrže (39) protilehle vzhledem ke konci (37, 38) rezonanční trubky (33, 34) je v prodloužení osy (55) rezonanční trubky (33, 34) větší než průměr průřezu (37a, 38a) jejího ústícího konce (37, 38) se stejným průměrem.

4. Spalovací pístový motor podle bodu 3, vyznačující se tím, že vyrovnávací nádrž (39) je napojena na výtlačnou stranu (42a) plnicího zařízení (42).