SU1588287A3 - Поршневой двигатель внутреннего сгорани с резонансной системой подвода свежего зар да - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к машино- строению, в частности к поршневым двигател м внутреннего сгорани  с резонансным наддувом. Известен поршневой двигатель внутреннего сгорани  с резонансной системой подачи свежего зар да, содержащий по меньшей мере одну промежуточную емкостьJ подсоединенную через переходные патрубки к цилиндрам с неперекрывающимис  фазами впуска и подключенную при помопш резонансной трубы к ресиверу, впускное отверстие которого св зано с.напорным патрубком нагнетател  наддува , причем длина каждого переходного патрубка в метрах не превышает кратное от делени  значени , номинальной частоты вращени  на

О4

tfHcno 1500, a объем промежуточной ем- iocTH в сумме с объемом переходных Аатрубков по меньшей мере в два раза йревьшает.объем каждого из подключен- фых к нему цилиндров. Соотношени  . размеров системы подачи зар да обес- гечивают улучшенное заполнение ци- Линдров не только при частоте враще- ш , соответствующей резонансу, но i вызывают положительный эффект в ши- эоком диапазоне частот враш;ени  .

Однако проблема практического использовани  известной системы св зана с компоновкой промежуточной емкости 1 и резонансных труб на шестицилиндровом двигателе в приемлемых габаритах.

Цель изобретени  - обеспечение компактности.

-Дл  достижени  поставленной цели 2 у поршйевого двигател  с резонансной системой подачи свежего зар да, содержащего по меньшей мере одну промежуточную емкость, подсоединенную че- 1рез переходные патрубки к цилиндрам 2 с неперекрывающимис  фазами впускали I подключенную при помощи резонансной трубы к ресиверу, впускное отверстие которого св зано с нагнетательным i патрубком нагнетател  наддува, при- чем длина каждого переходного патруб- ка в метрах не -превышает кратное от : делени  значени  номинальной частоты вращени  на число 1500, а объем про- : межуточной емкости в сумме с объемом переходных патрубков по ме«ьшей мере в два раза превьш1ает объем каждого из подсоединенных к нему цилиндров, резонансна  труба по меньшей мере частично выполнена расшир ющейс  с уве- личением сечени , примыкающего к промежуточной емкости, в 1,2 раза над минимальным ее сечением, а рассто ние между максимальным ее сечением и противоположной стенкой промежуточной емкости, измеренное по средней линии - трубы, выполнено больше диаметра кру- соответствующего сечению, примыга ,

кающему к емкости. Удаленный от резо- наторного резервуара конец трубы так- же выполнен расшир ющимс  с увеличением сечени  в 1,2 раза и рассто ние от этого сечени  до противоположной стенки ресивера, измеренное по средней линии трубы, выполнено больше диаметра круга, соответствуюш;его ему

по площади. .

На фиг.1 показан шестицилиндровыи

четырехтактный двигат,ель с турбонаддувом и резонансной системой подачи свежего зар да, разрез; на фиг.2 - подключенние резонансной трубы- к промежуточной емкости дл  случа , когда стенки последнего не перпендикул рны к средней линии трубы; на фиг.З - то же, дл  перпендикул рного расположени  стенок и средней линии трубы.

Поршневой двигатель внутреннего сгорани  выполнен четырехтактным с шестью цилиндрами 1-6, расположенными в р д с обычной последовательностью зажигани  1-5-3-6-2-4. В цилиндрах перемещаютс  поршни 7-12, отдел ющие в них рабочий объем. Общий объем двигател  составл ет 12 л и объем каж- дого цилиндра 2 л. Номинальна  частота вращени  двигател  2200 мин . Цилиндры снабжены впускными клапанами 13-1, при помош;и которых каждый цилиндр сообщаетс  с одним из переходных патрубков 19-24. Патрубки своими противоположными сечени ми 25-30 подсоединены к промежуточным емкост м 31 и 32. Вследствие указанной последовательности зажигани  цилиндры разделены на две группы: цилиндры 1 - 3 и 4 - 6. Угол открыти  клапанов 13-18 выбран равным 240, в результате чего в каждой группе цилиндров фазы впуска не перекрываютс . Кажда  така  группа цилиндров соединена со своей промежуточной емкостью. Длина переходных патрубков 19-24 выбрана равной 0,2 м и, таким образом, меньше величины, определ емой условием п/1500 1,46 м, причем значение п 2200 мин- , а величина 1500 определена экспериментально.

Кажда  из емкостей. 31 и 32 подключена при помощи резонансной трубы 33 или 34 с торцовыми сечени ми 35-38 к ресиверу 39. Впускное отверстие 40 этого ресивера св зано с напорным п трубком 41 нагнетател  42 наддува. На фиг.1 представлен.нагнетатель с газЬтурбинным приводом, но привод может быть любым.

Кажда  резонансна  труба 33 и 34 выполнена с цилиндрическими участкам 43 и 44 и двум  расшир ющимис  участками 45-48, имеющими форму конуса. Противоположные трубам стенки 49-50 промежуточных емкостей 31 и 32 выполнены с отверсти ми дп  переходных патрубков 19-24 при этом стенка 49 может не быть перпендикул рной средней линии трубы-, как показано на

фиг.2. Стенка 51 ресивера 39 может быть перпендикул рна средней линии трубы, как показано на фиг.З, или расположена- под острым углом. В случае расположени  стенок под углом площадь максимального сечени  вычисл етс  дл  сечени , ограниченного точками 52 и 53 пересечени  продолжни  конусов с продолжением стенки. Радиус 54 скруглени  не учитываетс  Рассто ние между максимальным сечением трубы и противоположной стенко емкости, измеренное по средней лини 55 трубы, соответствует отрезку 56 заключенному между пересечением средней линии со стенкой 49 и условным сечением трубы. В случае перпендикул рного расположени  средней линии и стенки 51 отрезок 57 измерить проще. Периодическое всасывание цилиндров 1-3 вызывает колебани  столба свежего зар да в резонансной системе подачи свежего зар да, образованной переходными патрубками 19-22, промежуточной емкостью 31 и резонансной трубой 33, подключенной к этой емкости . Поскольку моменты зажигани  в цилиндрах 1-3 смещены на 240° поворота коленчатого вала, процессы всасывани  поршн ми 7-9 в цилиндрах также смещены на 240, т.е. длительность каждого колебательного цикла соответствует углу поворота 240 независимо от мгновенной частоты вращени . Таким образом, из открывающихс  на 240 клапанов 13-14 один посто нно открыт и сообщает емкость 31 с внутренней полостью цилиндра. На фиг.1 емкость 31 сообщена с цилиндром 1.

В этом случае, например, относ - i Щемс  к полному колебательному циклу средний объем цилиндра 1, сообщающе- гос  с ёмкостью 31 через впускной клапан 13, соответствует средней алгебраической величине мгновенных объемов цилиндра, образующихс  в течение угла поворота 240% соответствующего открытию клапана 13. В случае , если длительность открыти  клапана 13 меньще, например 200, необходимо было бы учитывать изменение объема цилиндра за 200. Во второй группе цилиндров с промежуточной емкостью 32 сообщен цилиндр 5 и его клапан 17 показан открытым.

В ходе практического использовани  двигател  возможна ситуаци , при которой длительность открыти  клапанов

8287

20

25

30

35

40

45

50

5

13-18 превьш1ает длительность колебательного цикла. В приведенном примере это возможно, если продолжитель- ность открыти  клапанов превышает 240 . В этом случае с емкостью сообщаютс  одновременно два цилиндра.

Во всех случа х объем одного из цилиндров, например цилиндра 1, объем двух других патрубков 20 и 21, сообщенных с емкостью 31 при закрытых клапанах 14 и 15, а также объем емкости 31 образуют резонирующее пространство V. В рассматриваемом случае 15 объем этого пространства равен 10 л. Подобным образом объем цилиндра 5 патрубка 23, а также объемы патрубков 22 и 24 в совокупности с объемом емкости 32 образуют другое резонирующее пространство того же объема V Юл. Минимальные поперечные сечени  цилиндрических участков 43 и 44 ка здой резонансной трубы выполнены равными по 46 см2, Величина каждого из максимальных сечений расшир ющихс  участков 45-48 превышает по меньшей ме- ре в 1,2 раза сечение цилиндрического участка, и его цифровое значение в данном примере составл ет 25,6 см . Дпина резонансных труб 33 и 34 меаду сечени ми 35 и 37 или 36 и 38.(включа  длины расшир ющихс  участков) выбираетс  таким образом, чтобы резонансна  система была наиболее эффективной при частоте вращени  менее -половины номинальной, дл  рассматривае- мого примера дл  п 1000 мин- . Дл  этой цели длина каждой резонансной трубы должна соответствовать величине 0,73 м или ее объем при названных сечени х 1,2 л. Таким образом, объем резонаторного пространства в 8,4 раза больше объема резонаторной трубы 33 или 34.

Дп  обеспечени  благопри тных условий течени  газа рассто ние 56 мелду противоположной стенкой и максимальным сечением трубы выполнено больше диаметра круга, соответствующего rmo- Щади этого сечени , в данном случае 0,08 м. Аналогичным образом у емкости 32 рассто ние, измеренное по линии 55, также составл ет 0,08 м.

В успокоительной емкости также дл  обеспечени  благопри тных условий течени  свежего зар да рассто ние от противоположной стенки до максимального сечени  каждой резонансной трубы выполнено равным 0,08 м.

Переходные патрубки 19-24 могут быть иньми, так как возможна конструкци  двигател  без клапанов 13-18. В этом случае промежуточна  емкость может подключатьс  непосредственно к впускным отверсти м цилиндров. В ртличие от приведенного примера необ зательно, чтобы поперечное сече- ние расшир юЕШХс  участков 45-48 уве- Q личивалось. Эффект можно получить и в том случае, если общее увеличение сечени  складываетс  из нескольких расшир ющихс  участков, чередующихс  с участками посто нного поперечного сечени . Такой же эффект можно достигнуть , если между расшир ющимс  участком и торцом трубы выполнен участок посто нного сечени .

Об зательным условием  вл етс , JQ чтобы концы обеих резонансных труб 33 и 34 имели одинаковое конструктивное выполнение как со сторйны резонатор- ного объема, так и со стороны успокоительной емкости.25

Двигатель работает следующим образом .

Вследствие периодического всасывани  в цилиндры 1-3 возникают колебани  давлени  в резонансном простран- 0 стве, соответствующем сумме объемов промежуточной емкости 31, патрубков 19 - 21 и сообщающемс  с промежуточной емкостью внутренней полостью цилиндра 1 (в положении, показанном на фиг.1). Ввиде того, что наиболее удаленные точки резонаторного простран-: ства - резервуар 31 и цилиндр 1 св заны патрубком, максимальна  длина которого равна 1500/п, давление во Q всем резонансном пространстве измен етс  одинаково и существенное сме-,. - .щение фаз не возникает.

Периодические изменени  давлени  в емкости--ускор ют и замедл ют движе- д ние свежего зар да в трубе 33. Под воздействием колебаний осуществл етс  ускоренное течение свежего зар да в первой половине впуска в направлении резонаторного резервуара 3.1 и за - счет колебаний в трубе 33 повышаетс  величина кинетической энергии свежего зар да. Разотнанный в резонансной трубе 33 столб свежего зар да обуславливает такое заполнение резонансного пространства во второй половине процесса впуска, при котором происходит существенное увеличение давлени  и, следовательно, наполнение цилиндра

55

5

1 свежим зар дом. На участке 43 трубы 33 в минимальном ее сечении, уменьшенном на 30-70% по сравнению с посто нным сечением трубы, развиваютс  сравнительно высокие скорости, и по этой причине необходимый уровень кинетической энергии может быть достигнут и при относительно небольшой длине резонансной трубы 33. Возникающа:  на участке 43 с минимальным сечением высока  скорость снижаетс  на расшир ющемс  участке и таким путем достигаетс  повторное преобразование скорости движени  зар да в давление. По этой причине необходима  дл  создани  значительной энергии высока  скорость движени  газа не тер етс  при входе в емкость 31, а может быть в значительной мере восстановлена и при этом уменьшаютс  потери энергии. Отрицательное вли ние от увеличени  сечени  участков 45 и 47 устран етс  за счет того, что объем резонансного пространства выбирают существенно большим по сравнению с объемом зар да в трубе 31, в примере объем резонансного пространства больше в 8,4 раза. В результате того, что в резонансном пространстве заключен большой объем протекающего свежего зар да,в сече- .ни х 35 и 37 трубы не происходит скачкообразное изменение давлени , соответственно возникающее в поперечных сечени х участков 45 и 47, отраженные волны не велики и их вли нием можно пренебречь. Таким образом использование резонансной трубы,поперечное-сечение которой не посто нно, позвол ет достигнуть столь же высокую эффектив ность, как и при использовании системы с посто нным сечением трубы.

Остаток кинетической энергии замедленного потока, выход щего из сечени  35 трубы, также используетс  дл  улучшени  заполнени  резонансного пространства, благодар  подбору рассто ни  между срезом трубы и противоположной стенкой емкости. Величина кинетической энергии потока, выход щего из сечени  35, достаточна дл  того, чтобы обеспечить передачу зар да в отдаленные участки емкости без дополнительных затрат энергии. Эффект повьш1аетс  при уменьшении минимального -сечени  трубы 31 и при увеличении расширени  на участке 45. На основании многочисленных экспериментов установлено, что максимальный эффект достигаетс  при увеличении сечени  расшир ющейс  части по меньшей мере в 1,2 раза. При увеличении сечени  в 1,6 раз удалось добитьс  такого уменьшени  поперечного сечени  трубы, что дл  достижени  резонанса, согласованного с низкой частотой вращени  (1000 мин-О потребовалась длина трубы 33, равна  всего 0,73 мм. Подобньй эффект при трубе посто нного сечени  соответствует длине трубы на 50% больше. Уменьшение длины трубы 33 позвол ет уменьшить объем емкости 31 римерно на 30-40%. Однако снижение бъема V не должно сопровождатьс 

его уменьшением ниже величины в 2,5 раза меньше объема резонансной трубы, вследствие увеличени  вли ни  отраженных волн. Колебани  зар да из области сечений 37 или 38 могут распростран тьс  по емкости 39 и через входное отверстие 40 проникать к нагнета - телю 42, оказывани  вли ние на его работу.

Таким образом выполнение каждой резонансной трубы с расшир ющимис  концами позвол ет существенно уменьшить размеры элементов резонансной системы подачи зар да и тем самым обеспечить компактность двигател .

Г/22 ЛЛз vrxz

ч 5 « J Ь Фиг.

32

ю

фиг.2

Фс/е.З

3J

Claims (1)

1.ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ СВЕЖЕГО ЗАРЯДА, содержащий по меньшей мере одну промежуточную емкость, подсоединенную через переходные патрубки к цилиндрам с неперекрывающимися фазами впуска, и подключенный при помощи резонансной трубы к ресиверу, впускное отверстие которого 'связано с напорным патрубком нагнетателя наддува, причем длина каждого переходного патрубка в метрах не превышает кратное от деления значения номинальной частоты вращения на число 1500, а объем промежуточной емкости в сумме с объемом переходных