NO126118B

NO126118B -

Info

Publication number: NO126118B
Application number: NO2467/70A
Authority: NO
Inventors: T Lytle
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1970-06-24
Publication date: 1972-12-27
Also published as: US3647570A; DE2018044C3; BG22066A3; NL7009288A; AT295967B; FR2051280A5; ES381098A1; RO58464A; LU61190A1; SE371950B; DE2018044B2; DE2018044A1; YU159370A; YU33650B; ZA704327B; SU496709A3; TR16576A; GB1290759A; BE748249A; NL145786B

Description

Ekshaustrør for forbrenningsmotorer. Exhaust pipes for internal combustion engines.

Avgassledningen ved en forbrenningsmotor kan i prinsippet deles inn i tre hoved-deler, nemlig en første del, som er innbygget i selve motoren og strekker seg fra sylinderen til en utadvendt munningsåpning, og en annen del bestående av et forbindelsesrør, som strekker seg fra den nevnte åpning til den tredje del, som i sin tur er den egentlige avløpsledning og kan utgjøres av en samleledning ved en flersylindret motor, en lyddemper eller lignende. The exhaust line for an internal combustion engine can in principle be divided into three main parts, namely a first part, which is built into the engine itself and extends from the cylinder to an outward-facing mouth opening, and a second part consisting of a connecting pipe, which extends from the said opening to the third part, which in turn is the actual drain line and can be made up of a collecting line for a multi-cylinder engine, a silencer or the like.

Uansett om utstrømningen fra sylinderen styres av en ventil eller skjer gjennom åpninger som reguleres av stempelet, oppstår en kraftig turbulens ved gassenes passasje gjennom den første del av avgassledningen. Dette innebærer selvsagt en øket motstand for hele spyleprosessen, og det er naturligvis ønskelig at ledningen utformes slik at turbulensen blir så liten som mulig. Man bør imidlertid forsøke å sørge for at slike uregelmessige bevegelser som oppstår allikevel, blir opphevet snarest mulig, og at avgassenes gjenværende be-vegelsesenergi såvidt mulig blir utnyttet til å forbedre spylingen. Regardless of whether the outflow from the cylinder is controlled by a valve or occurs through openings regulated by the piston, a strong turbulence occurs when the gases pass through the first part of the exhaust line. This naturally implies an increased resistance for the entire flushing process, and it is naturally desirable that the line is designed so that the turbulence is as small as possible. One should, however, try to ensure that such irregular movements that do occur are eliminated as soon as possible, and that the exhaust gas's remaining kinetic energy is utilized as far as possible to improve flushing.

Dette kan hensiktsmessig skje i avgass-ledningens annen del, forbindelsesrøret. Dette utformes ifølge oppfinnelsen slik at en eventuell retningsforandring i gassenes vei mellom munningsåpningen på sylinderen og den egentlige avløpsledning skjer i rørets første parti, at røret deretter er forsynt med en arealinnsnevring og siden oppviser en kontinuerlig økende tverrsnitt, og at røret mellom innsnevringen og avløps-ledningen forløper uten vesentlig retningsforandring. This can conveniently take place in the other part of the exhaust pipe, the connecting pipe. According to the invention, this is designed so that a possible change of direction in the path of the gases between the mouth opening of the cylinder and the actual drain pipe takes place in the first part of the pipe, that the pipe is then provided with an area narrowing and then shows a continuously increasing cross-section, and that the pipe between the narrowing and the drain the line runs without a significant change in direction.

På tegningen er oppfinnelsen vist an- In the drawing, the invention is shown

vendt ved en større totaktsmotor med av-løpsventil anbragt i sylinderlokket samt en avgassturbin til drift av en spyleluftkom-pressor. reversed by a larger two-stroke engine with a drain valve located in the cylinder head as well as an exhaust gas turbine to operate a scavenging air compressor.

Motoren er av i og for seg kjent type, med en arbeidssylinder 1 og et stempel 2. Dette regulerer luftens innstrømning i sylinderen gjennom porter 3 i sylinderveg-gen, og avgassene forlater sylinderen gjennom en åpning i lokket, styrt av en ventil 4 som påvirkes av anordninger som ikke er nærmere vist her. The engine is of a known type, with a working cylinder 1 and a piston 2. This regulates the inflow of air into the cylinder through ports 3 in the cylinder wall, and the exhaust gases leave the cylinder through an opening in the lid, controlled by a valve 4 which is influenced of devices that are not shown in detail here.

Avgassene passerer på sin vei fra sylinderen først en kanal 5 gjennom et hus 6 forsynt med styring for ventilen. Til dettes utadvendte munningsåpning slutter der seg et forbindelsesrør bestående av en første krummet del 7 og en etterfølgende diffusorformet del 8. Denne munner ut i en større tversgående samleledning 9, som er felles for flere sylindre. Fra denne går en ledning 10 opp til en avgassturbin 11, som driver en kompressor som sitter på samme aksel og på figuren befinner seg bak turbinen. Denne kompressor leverer en viss del av den spyleluft som er nødvendig for motoren, og som via en ledning 12 føres til en receiver 13 som strekker seg over hele lengden av motoren og gjennom åpninger forsynt med automatiske ventiler 14 står i forbindelse med spyleluftrummet 15 utenfor hver enkelt sylinders spyleluftåpninger. On its way from the cylinder, the exhaust gases first pass through a channel 5 through a housing 6 provided with control for the valve. A connecting pipe consisting of a first curved part 7 and a subsequent diffuser-shaped part 8 joins this outward-facing mouth opening. This opens into a larger transverse collection line 9, which is common to several cylinders. From this, a line 10 goes up to an exhaust gas turbine 11, which drives a compressor which sits on the same axle and is located behind the turbine in the figure. This compressor supplies a certain portion of the purge air that is necessary for the engine, and which is via a line 12 led to a receiver 13 that extends over the entire length of the engine and through openings provided with automatic valves 14 is connected to the purge air space 15 outside each single cylinder purge air openings.

Avgassenes vei fra motorsylinderen til samleledningen er antydet prinsipielt ved den strekpunkterte linje 16—17. På den første del av veien gjennom ventilhuset får gassene en forandring på 90° i bevegelses-retningen. Styringen for ventilspindelen og andre forhold som influerer på utførelsen av denne kanal, forårsaker uheldigvis at gassene forlater munningsåpningen med temmelig stor turbulens. The path of the exhaust gases from the engine cylinder to the manifold is indicated in principle by the dotted line 16-17. On the first part of the journey through the valve housing, the gases undergo a 90° change in direction of movement. The control for the valve spindle and other conditions that influence the performance of this channel unfortunately cause the gases to leave the mouth opening with rather large turbulence.

Plaseringen av samleledningen 9 be-stemmes av innredningen i maskinrummet, The location of the bus line 9 is determined by the equipment in the engine room,

og det er hensiktsmessig at en slik forandring i gassenes vei, som nødvendiggjøres av den relative plasering av munningsåpningen og samleledningen, skjer i for-bindelsesrørets første parti umiddelbart ved tilslutningen til munningsåpningen, på en strekning som er betegnet med 18. and it is appropriate that such a change in the path of the gases, which is necessitated by the relative location of the mouth opening and the collection line, takes place in the first part of the connecting pipe immediately at the connection to the mouth opening, on a section designated by 18.

Etter at ombøyningen er fullført, bør gassene strømme rett mot samleledningen, After the deflection is complete, the gases should flow straight towards the header,

så der ikke behøver å forekomme nye fak-torer som kan forårsake ytterligere turbulens. For å bevirke en gunstig styring av gass-strømmen og jevne ut turbulensen er forbindelsesrøret etter det krummede parti forsynt med en arealinnsnevring 19 og for-løper deretter med kontinuerlig økende tverrsnittsareal rett mot samleledningen. so there is no need for new factors to occur that can cause further turbulence. In order to effect a favorable control of the gas flow and smooth out the turbulence, the connecting pipe after the curved part is provided with an area narrowing 19 and then continues with a continuously increasing cross-sectional area straight towards the collecting line.

Ved hjelp av arealinnsnevringen økes gassenes hastighet temporært, og det skjer en «utretning» av gass-strømmen, i det minste langs rørets vegger. Da den uregelmessige gass-strøm i rørets første del krever forholdsvis større plass enn en jevn strøm-ning, innebærer en moderat arealinnsnevring ikke noen merkbar strømningsmot-stand hvis man derved skaffer en forbedring av gass-strømmens karakter. With the help of the narrowing of the area, the speed of the gases is increased temporarily, and the gas flow is "straightened out", at least along the walls of the pipe. As the irregular gas flow in the first part of the pipe requires relatively more space than a uniform flow, a moderate narrowing of the area does not imply any noticeable flow resistance if one thereby obtains an improvement in the character of the gas flow.

Man må ofre et visst trykkfall for å få gassene til å strømme fra sylinderen til samleledningen, og da spyleperiodens lengde og tverrsnittsarealet i den første del av gasskanalen er bestemt ved motorens kon-struktive data, må man regne med at gassene har en viss, ganske høy hastighet un-der utstrømningen gjennom den første del av ekshaustrøret. Når man vel er kommet utenfor selve motoren, har man større muligheter til å utforme gassledningen slik at hastigheten nedsettes og munningstapet blir lite. Anordningen av den diffusorformede del innebærer at man gjenvinner en del av den energi som man har vært tvunget til å gi gassene for at de i løpet av det gitte tidsrum skulle nå å strømme ut gjennom det begrensede kanaltverrsnitt som står til rådighet. Den diffusorformede del bør få en slik lengde at man med en liten åpningsvinkel for rørets koniske del, You have to sacrifice a certain pressure drop to get the gases to flow from the cylinder to the manifold, and since the length of the purge period and the cross-sectional area in the first part of the gas channel are determined by the engine's design data, you have to count on the gases to have a certain, quite high speed during the outflow through the first part of the exhaust pipe. Once you have got outside the engine itself, you have greater opportunities to design the throttle line so that the speed is reduced and the muzzle loss is small. The arrangement of the diffuser-shaped part means that one recovers part of the energy that one has been forced to give the gases in order for them, during the given time, to now flow out through the limited channel cross-section that is available. The diffuser-shaped part should be of such a length that with a small opening angle for the conical part of the tube,

f. eks. 6—10°, når frem til en munningsåpning som til en viss grad, f. eks. med 100 %, overstiger arealet ved enden av den ombøyede del. Den diffusorformede del slutter seg tangentialt til yttermantelen av samleledningen, som har betydelig større diameter enn forbindelsesrørets munning. Herved oppstår der i samleledningen en e.g. 6—10°, reaches a mouth opening which to a certain extent, e.g. by 100%, exceeds the area at the end of the bent part. The diffuser-shaped part joins tangentially to the outer jacket of the collecting line, which has a significantly larger diameter than the mouth of the connecting pipe. In this way, a

roterende bevegelse som bidrar til i noen grad å suge gassen ut av forbindelsesrøret. For å forsterke utretningen av gass-strøm-men i forbindelsesrøret ytterligere, kan det , være hensiktsmessig umiddelbart foran arealinnsnevringen å anordne et parti 20 med konstant tverrsnitt, hvis senterlinje faller sammen med lengdeaksen for den etterfølgende diffusorformede del. rotating movement which helps to suck the gas out of the connecting pipe to some extent. In order to further strengthen the alignment of the gas flow in the connecting pipe, it may be appropriate immediately in front of the area narrowing to arrange a part 20 with a constant cross-section, whose center line coincides with the longitudinal axis of the subsequent diffuser-shaped part.

Ved hjelp av diffuseringen omsettes en del av avgassenes hastighet til trykk. Trykkforskjellen mellom motorsylinderen With the help of the diffuser, part of the speed of the exhaust gases is converted into pressure. The pressure difference between the engine cylinder

og avgass-samleledningen er jo et mål for energitapet ved spylingen, og i den grad man kan minske denne forskjell, har man forbedret virkningsgraden av spylingen. Ved hjelp av oppfinnelsen kan man så å si angripe problemet fra to sider ved at man på den ene side bare behøver å utnytte en mindre del av kompressorens arbeide for å dekke strømningstapet, og at, på den annen side, et høyere gasstrykk foran turbinen gir mere arbeide for drift av kompressoren. Den økede luftmengde som dette medfører, kommer sylinderen til gode i form av en forbedret fylling. and the exhaust gas collection line is a measure of the energy loss during flushing, and to the extent that this difference can be reduced, the effectiveness of the flushing has been improved. With the help of the invention, one can, so to speak, attack the problem from two sides in that, on the one hand, one only needs to utilize a smaller part of the compressor's work to cover the flow loss, and that, on the other hand, a higher gas pressure in front of the turbine gives more work for operating the compressor. The increased amount of air that this entails benefits the cylinder in the form of an improved filling.

Den ovenfor viste og beskrevne utførel-sesform må bare betraktes som et eksempel på oppfinnelsen, hvis detaljer kan varieres på mange måter innenfor rammen av pa-tentpåstandene. Den kan således anvendes ved såvel totakts- som firetaktsmotorer og er uavhengig av antallet av utstrømnings-ventiler pr. sylinder. Den kan, som nevnt, også anvendes ved slike motorer hvor stempelet regulerer avløpsåpningen i sylin-derveggen. The embodiment shown and described above must only be regarded as an example of the invention, the details of which can be varied in many ways within the scope of the patent claims. It can thus be used with both two-stroke and four-stroke engines and is independent of the number of outflow valves per cylinder. As mentioned, it can also be used with such engines where the piston regulates the drain opening in the cylinder wall.

Oppfinnelsen har spesiell verdi i forbindelse med motorer forsynt med avgass-turbindrevne kompressorer, men dens virk-ning er også av betydning for ordinære motorer, hvor det gjelder å trekke fordel av minskningen i spylingsmotstanden. The invention has particular value in connection with engines equipped with exhaust gas turbine-driven compressors, but its effect is also of importance for ordinary engines, where it is necessary to take advantage of the reduction in the scavenging resistance.

Claims

1. Combustion engine with exhaust

pipe connected to mouth openings of the part of the exhaust line that leads through the cylinder construction itself, characterized in that the pipe is designed so that any change in direction in the path of the gases between the mouth opening and the actual drain line (9) occurs in the first part of the pipe (18), that the pipe is then provided with an area narrowing (19) and the side shows a continuously increasing cross-section, and between the narrowing (19) and the drainage line (9) runs without a significant change in direction.

2. Combustion engine as stated in claim 1, characterized in that its exhaust pipe immediately in front of the constriction exhibits a part (20), suitably of constant cross-section, whose center line coincides with the longitudinal axis of the following diffuser-shaped part (8).

3. Combustion engine as stated in claim 1, characterized in that the diffuser-shaped part (8) of the exhaust pipe is arranged so that it joins tangentially to a collecting line (9) which runs at right angles to the connecting pipe, and which has a significantly larger diameter than the diffuser-shaped partly mouth opening.

4. Internal combustion engine as specified in claim 1, characterized in that the exhaust The pipe's diffuser-shaped part (8) has such a length that its mouth area at an opening angle in the pipe's conical part of approx. 6— 10° exceeds the area just in front of the narrowing by approx. 100%.

5. Combustion engine as stated in one of the preceding claims, characterized in that the collecting line (9) is connected to an exhaust gas turbine (11) which drives a compressor which supplies at least part of the scavenging air which is necessary for the engine.