NL8004806A

NL8004806A - Werkwijze en inrichting voor het regelen van de stroming van gassen in een uitlaatspruitstuk van een verbrandingsmotor.

Info

Publication number: NL8004806A
Application number: NL8004806A
Authority: NL
Original assignee: Semt
Priority date: 1979-09-05
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1981-03-09
Also published as: SE8006170L; NO802612L; IT8024361A0; DD152968A5; FR2464366A2; IT1132582B; BE885075R; ES8305088A2; BR8005589A; PL226599A3; AU6210580A; FI802764A; ES494811A0; JPS5696117A; DE3033070A1; DK376980A

Description

*- # -1- vo 0910 * Werkwijze en inrichting voor het regelen van de stroming van gassen in een uitlaatspruitstuk van een verbrandingsmotor.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op verbeteringen van een werkwijze en een inrichting voor het regelen van de stroming voor gassen in een uitlaatspruitstuk van een verbrandingsmotor, zoals beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 7-800.860,.

5 en in het bijzonder in zijn conclusies 1-3-

De in deze stand van de techniek beschreven werkwijze heeft betrekking op een werkwijze voor het verzwakken van drukschomme-lingen in een uitlaatspruitstuk van een aantal cylinders, en bij voorkeur van U-6 cylinders per rij cylinders van een bijv.· aange-10 jaagde verbrandingsmotor met als gevolg het uit stoten van de gassen bij hun ingang in het spruitstuk, welke bekende werkwijze bestaat uit het bij het openen van de uitlaatklep tot bij het onderste dode punt van de zuiger op een maximum houden van de mogelijke rest-energie van de gassen van de cylinder tijdens hun doorgang in de 15 verbindingsbuis .nabij het einde van de uitzettingstijd, d.w.z.

het verminderen van de toeneming van de entropie daarvan door het smoren van de stroming van de gassen zo dicht mogelijk bij de uitlaat van de cylinder, gevolgd door het versterken van de uitstoot-werking door het versnellen van de stroming van de gassen in het 20 spruitstuk door omzetting van de drukenergie in snelheidsenergie gegeven aan de in het spruitstuk aanwezige gassen door het verkleinen van de gelijkblijvende stromingdoorsnede in het spruitstuk tot een waarde, die duidelijk kleiner is dan die van de boring van de cylinder teneinde daar een verhoogde stromingssnelheid te handhaven met een 25 gelijktijdige verlaging van de statische druk voor het vergemakkelijken van het ledigen van de cylinder, teneinde de hoogst mogelijke stromingssnelheid te bereiken van de gassen door terugwinning van mogelijke energie, die gewoonlijk van elke gaswolk verloren gaat, tot een moment, dat de uitzettingsarbeid, geleverd aan de zuiger 30 en de samenpersarbeid, geleverd door de zuiger, resp. maximaal en minimaal maakt.

De voomoemde stand van de techniek heeft eveneens betrekking op een uitlaatspruitstuk voor het toepassen van de werkwijze, waarbij elke verbindingsbuis is gevormd volgens een mondstuk, waarvan de op-35 pervlakken in dwarsdoorsnede aan de uitlaat (spruitstukzijde). en aan 8004806 -2- , de inlaat (cylinderzijde) volgens een verhouding zijn, die tussen 0,3 en 0,8 ligt, en hij voorkeur tussen 0, i en 0,3, Ih deze voornoemde stand van de techniek is eveneens aangegeven, dat de verhouding tussen de binnendiameter van het spruitstuk en de boring van de cylinder tus-5 sen 0,30 en 0,75 ligt, hetgeen het in het bijzonder mogelijk maakt het spruitstuk te verwezenlijken met een diameter, die duidelijk, kleiner is dan die van de in het algemeen toegepaste spruit stukken.

De uitvinding heeft in hoofdzaak als onderwerp een andere bepaling van de afmetingen van elk verbindingsmondstuk en van het spruit-10 stuk. Deze nieuwe bepalingen zijn thans een funktie van het oppervlak van de doorsnede van de zuiger en zijn nominale snelheid.

De uitvinding stelt dus een uitlaatspruitstuk voor voor het toepassen van de werkwijze voor het regelen van drukschommelingen in dit spruitstuk van een aantal en bij voorkeur van. 1*-1Q cylinders: 15 per rij cylinders van een bijv. aangejaagde verbrandingsmotor met als gevolg het uitstoten van de gassen bij de ingang daarvan in het spruitstuk, en zoals hiervoor bepaald, gekenmerkt doordat de verbindings-buis tussen elke cylinder en het spruitstuk, gevormd volgens een mondstuk, een werkzame of reëele stromingsdoorsnede van de gassen bij de 20 kraag van de doorgang vertoont, waarvan het oppervlak is begrepen in , een reeks, die van 0,6-1,7 maal het oppervlak gaat van de theoretisch werkzame doorsnede van het mondstuk, gegeven door de algemene formule werkzame op- oppervlakte nominale snelheid van de zuiger pervlakte = van de door- x (m/s.j...........

van de door- snede van de 25 snede zuiger

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding, strekt het oppervlak van de werkzame stromingsdoorsnede van de gassen bij de kraag van de doorgang van het mondstuk zich bij voorkeur tussen Q»9 en 1,1 maal het oppervlak van de werkzame doorsnede, gegeven door de voornoemde 30 formule, uit.

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding is het oppervlak van de doorsnede van het uitlaat spruit stuk begrepen in. een reeks:, die van 0,6 tot 1,7 maal het oppervlak gaat van de theoretische doorsnede, van het spruitstuk, gegeven door de algemene formule: 35 8004806 ♦ .1 -3- oppervlakte van oppervlakte van nominale snelheid van de ’ de theoretische _ de doorsnede ' zuiger (m/sl doorsnede van van de zuiger «... , v het spruitstuk 31 in/sl

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding is het oppervlak.

5 van de doorsnede van het spruitstuk hij voorkeur begrepen in een reeks, die gaat "«n 0,9 tot 1,1 maal het oppervlak van de voornoemde theoretische doorsnede van het spruitstuk.

Volgens een ander kenmerk van een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, is de verbindingsbuis van elke cylinder met het 10 spruitstuk uit een stuk met de cylinderkop van de motor.

Volgens een ander kenmerk van de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, vertoont het spruitstuk een moduulconstructie, gevormd van een aantal gelijke tussenstukken.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de te-15 kening, waarin: figuur 1 een lengtedoorsnede is van een gedeelte van het onderhavige spruitstuk en figuur 2 een doorsnede is volgens de lijn II-Π: in figuur 1..

Onder verwijzing naar de figuren is het voorafgaande aan het 20 omschrijven van de constructie van het onderhavige spruitstuk, van belang op te merken, dat de cylinderkop 1 van de betrokken, bijv. aangejaagde, en een uitlaatspruitstuk per reeks cylinders omvattende verbrandingsmotor, in feite is verdeeld in een aantal gescheiden cylinder-koppen, waarvan het aantal overeenkomt met dat van de cylinders. ELke 25 cylinderkop 2 omvat een gebruikelijk gedeelte 2a, bestemd voor het opnemen van de inlaatkleppen, de uitlaatkleppen, .....d.w.z. alle elementen, samenhangende met bedienen van de kleppen, en een gedeelte 2b, dat het gedeelte 2a verlengt en is gevormd voor het tot een geheel maken van de verbindingsbuis 3 van de cylinder en het spruitstuk k.

30 Het uitlaatspruitstuk k heeft een moduulconstructie, en is samengesteld uit een aantal gelijke tussenstukken 5· Elk stuk 5 In de vorm van een koker omvat aan een einde een cirkelvormige flens 6 en een cirkelvormige borst 7S die zich niet ver van dit einde bevindt.

Het andere einde van de koker heeft zijn omtreksoppervlak aan de bui-35 tenzijde, welk oppervlak eindigt in een kegelvormig gedeelte 8.

In het gedeelte 2b van de cylinderkop, s-amenhangende met een cylinder van de motor, zijn twee openingen 9»10 aangebracht, resp. de 8004806 —b— inlaat en de uitlaat, welke openingen axiaal in lijn liggen en in verbinding staan met het inwendige van de cylinderkop.

Een stuk 5 van het uitlaatspruitstuk is met zijn vrije einde of het einde, dat -tegenover het einde ligt, dat de flens draagt, in 5 de inlaatopening 9 geplaatst van de bijbehorende cylinderkop, totdat de borst 7 van het stuk 5 in aanligging is gekomen tegen het oppervlak van de cylinderkop, welk oppervlak de inlaatopening 9 omringt. Eet inwendige van de cylinderkop 2’ is in zijn gedeelte 2b gevormd voor het met het stuk 5 van het uitlaatspruitstuk bepalen van een ringvormige 10 ruimte 11, die een ringvormige doorgangsdoorsnede vertoont, die geleidelijk afneemt in de richting van de stroming van de gassen voor het verzekeren van een uitstootwerking van de gassen bij een ingang in. het spruitstuk. Deze ringvormige ruimte 11,. die zodoende wordt begrensd tussen het gedeelte 2b van de cylinderkop en het stuk 5 van 15 het spruitstuk, is in vrije verbinding met de ruimte 12 van het gedeelte 2a van de cylinderkop bij de uitgang van de uitlaatkleppen 13 (figuur 2), en vormt dus de verbindingsbuis 3 tussen de cylinder en het spruitstuk. De ringvormige ruimte 11 bij de uitgang van het stuk.

5 van het spruitstuk in de stromingsrichting van de gassen wordt 20 weer een. cylindrische ruimte met een diameter, die overeenkomt met de inwendige diameter van het stuk 5 van het spnitstuk, en· in verbinding staat met de uitlaatopening 10 van de cylinderkop. Voor het verzekeren van de voortgang van de stroming van de gassen tussen twee stukken 5 van het spruitstuk is een verbindingsstelsel 15 voorzien, 25 gemonteerd tussen de uitlaatopening 10. van de cylinderkop en het aangrenzende stuk 5 van het spruitstuk in de stromingsrichting van de gassen. Dit verbindingsstelsel, gemonteerd in het inwendige tussen twee cylinderkoppen 2, wordt bijv. gevormd door een ringvormig stuk 16, dat dankzij een borst 17 gedeeltelijk in de uitlaatopening 10 van de 30 cylinderkop is gevoegd, waarbij het ringvormige stuk 16 aan zijn andere einde eindigt in een cirkelvormige flens 18, bestemd om te worden verbonden met de cirkelvormige flens 6 van het aangrenzende stuk 5 van het spruitstuk in de stromingsrichting van de gassen onder het eventueel tussenplaatsen van een uitzetbalg 19, voorzien aan elk einde 35 van een cirkelvormige flens 20. De verbindingen tussen de flenzen zijn tot stand gebracht door middel van op zichzelf bekende klembeugels 21.

Elk verbindingsstelsel 15 tussen twee opeenvolgende stukken 8004806 «r -5- } 5 van het spruitstuk, is "bekleed met een warmteisolerende bekleding 22.

Elke cylinderkop 2 wordt gekoeld door een vloeistof, die in het bijzonder circuleert in een ruimte 23 van het gedeelte 2b van de cylinderkop, welke ruimte zich bevindt tussen de verbindingsbuis 3 en de uit-5 wendige wand van de cylinderkop.

Bij deze uitvoeringsvorm van de uitvinding, vertoont elke verbindingsbuis 3, gevormd volgens een mondstuk, een werkzame of reëele doorsnede voor de stroming van de gassen bij de kraag van de doorgang met een oppervlak,dat is begrepen in een reeks, die gaat van 0,6 tot 10 1,7 maal het oppervlak van de theoretisch werkzame doorsnede van het mondstuk, gegeven door de algemene formule: oppervlak van oppervlak van nominale snelheid van de zuiger (m/s) de werkzame * de doorsnede x 1qq (m/s) doorsnede van de zuiger

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, ^ is het oppervlak van de werkzame doorsnede van elke verbindingsbuis 3 of mondstuk begrepen tussen 0,9 en 1,1 maal het oppervlak van de voornoemde theoretisch werkzame doorsnede.

Het spruitstuk ^ heeft een oppervlak in doorsnede, dat is begrepen in een reeks, die gaat van 0,6 tot 1,7 maal het oppervlak on . ~ van de theoretische doorsnede van het spruitstuk, gegeven door de algemene formule: oppervlak van oppervlak van nominale snelheid van de zuiger (m/s) de theoretische _ de doorsnede 31 ( / ) doorsnede van - van de zuiger x ' het spruitstuk 25 . ...

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, is het oppervlak van de doorsnede van het spruitstuk begrepen in een reeks, die gaat van 0,9 tot 1,1 maal het oppervlak van de theoretische doorsnede van het spruitstuk.

De invalshoek alpha van de gassen, die elke verbindingsbuis 3 verlaten, d.w.z. de hoek, die de hoofdstromingsrichting van de gassen maakt -ten opzichte van de lengte-hartlijn van het spruitstuk, moet bij voorkeur klein blijven.

De constructie van een dergelijk uitlaatspruitstuk verschaft vele voordelen: 35 . . ...

zijn constructie is m het bijzonder vereenvoudigd met de verbindingssamenstellen, die zo gedrongen mogelijk zijn als gevolg van \ 8004806 -6- i het tot een geheel maken daarvan met de cylinderkop, de constructies van de cylinderkop 2, van elk stuk 5 van het spruitstuk en van elk verbindingsstuk 15 maken een montering mogelijk, die de stroming van de gassen kan verzekeren in zowel een rich-5 ting als de andere, d.w.z. dat de openingen 9, 10, resp. de inlaat en de uit laat van de cylinderkop, omgekeerd kunnen worden beschouwd als de uitlaat- en inlaatopeningen, welke symmetrie in het bijzonder van belang is voor motoren in V-vorm, het dode volume is minimaal, d.w.z. dat de verbindingsaf-10 standen tussen de cylinders en het spruitstuk maximaal zijn verkleind, hetgeen gunstig de werking beïnvloedt van MPC stelstels (of moduul-uitlaatstelsels, die stoten omzetten, zoals bepaald in de voomoemde stand van de techniek), er zijn geen of weinig aanvullende energievoortbrengende 15 verliezen in de uitlaatgassen ten opzichte van een spruitstuk, zoals beschreven in de voomoemde stand van de techniek, d.w.z. ten opzichte van gebruikelijke spruitstukken buiten de cylinderkop, en derhalve bekleed met een warmteisolatie, die de uitlaatgassen beïnvloedt door het verlagen van hun temperatuur en het voorkomen van de aanwezigheid 20 van koude punten niet mogelijk maakt. Dit alles maakt tenslotte de vorm van deze spruitstukken ingewikkeld, waarbij in tegenstelling daarmee bij het onderhavige spruitstuk elk stuk daarvan in de cylinderkop wordt gebracht en als gevolg daarvan geen behoefte heeft aan een warmte-isolatie, en verder het koelstelsel van de cylinderkop op voldoende 25 afstand ligt van het betrokken stuk van het bijbehorende spruitstuk voor het niet beïnvloeden van de temperatuur van de gassen.

Het stellen van de stromingsdoorsneden van de gassen bij de kraag van de doorgang aan de uitlaat van elke verbindingsbuis of mondstuk is sterk vergemakkelijkt en kan zonder wijziging van de cylinder-30 kop worden uitgevoerd. In feite is het bijv. voldoende om door een eenvoudige bewerking de kegelvorm 8 te wijzigen van de einden van de stukken 5 van het spruitstuk voor het wijzigen van de ringvormige stromingsdoorsnede van de gassen.

Elke verbindingsbuis vertoont een ringvormige doorsnede, 35 <üe afneemt in de stromingsrichting van de gassen, en vervult eveneens de rol van opvang voor het tegenhouden van uit de verbrandingskamer komende stukken, zoals bijv. kleppen.

8004806 -τ- * ïiatuurlijk is de uitvinding op geen enkele wij ze beperkt tot de uitvoeringsvorm, die slechts is gegeven en beschreven bij wijze van voorbeeld, maar omvat de uitvinding alle technische equivalenten van de beschreven middelen, alsmede hun combinaties, indien 5 deze worden gerealiseerd en toegepast binnen het kader van de volgende conclusies.

8004806

Claims

2. Spruitstuk volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde reeks zich bij voorkeur uitstrekt tussen 0,9 en 1,1 maal het oppervlak van de werkzame doorsnede.
3. Spruitstuk volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de reeks zich bij voorkeur uitstrekt tussen 0,9 en 1,1 maal het 25 oppervlak van de theoretische doorsnede van het spruitstuk. h, Spruitstuk volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elk mondstuk (3) tot een geheel is gevormd met de cylinder-kop (2) van de motor.
5· Spruitstuk volgens een der voorgaande conclusies, met het ^ kenmerk, dat het een moduulconstructie vertoont, en is samengesteld uit gelijke tussenstukken.
6. Spruitstuk volgens conclusie 5, voor.een verbrandingsmotor met gescheiden cylinderkoppen, met het kenmerk, dat elk stuk. (5) van het spruitstuk {k) met bijv. de vorm van een koker, is geplaatst OC J in een inlaatopening (9) van de betreffende cylinderkop (2)., waarbij de verbindingsbuis of het mondstuk (3) wordt gevormd door een ringvormige ruimte (11), die een doorsnede vertoont, die geleidelijk afneemt in de 800 4 80 6 -9- , r stromingsrichting van de gassen, wordt begrensd tussen bet bedoelde • stub (5) van bet spruitstub en de cylinderbop (2), en de cylinderuit-laat verbindt met bet uitlaatspruitstuk (U) met uitstootwerbing van de gassen bij bun ingang in het spruitstub. 5 7· Spruitstub volgens conclusie 6, met bet benmerb, dat de ringvormige ruimte (11) in de stromingsrichting van de gassen in verbinding staat met een cilindrische ruimte (1} met dezelfde diameter als de inwendige diameter van bet spruitstuk (4), en die zelf in verbinding staat met een uitlaatopening (10) van de cylinderbop (2).
8. Spruitstub volgens conclusie 6 of 7»· met bet benmerb, dat elk stub (5) van bet spruitstub (U) en s amen hangende met een cylinderbop (2) is verbonden met de uitlaat (10) met de stroomopwaarts in de stromingsrichting van de gassen zich bevindende cylinderbop door een cylindrische verbindingsinrichting (15’) met flenzen. 15 9· Spruitstub volgens een der conclusies 5-8, met bet ken merk, dat elb stub (5) van bet spruitstub (U) willebeurig ban worden geplaatst in de inlaatopening (9) of in de uitlaatopening (10) van de verbindingsbop (2), welbe openingen willebeurig de rol vervullen van een inlaat of een uitlaat.
10. Spruitstub volgens conclusie 6, met bet benmerb, dat de doorsnede van de doorgang van de gassen aan de uitlaat van elbe verbindingsbuis (3) wordt gewijzigd door eenvoudig bewerken van bet uitwendige omtrebsoppervlak van het betreffende stuk (5) van bet spruitstuk (U). 8004806