Устройство для резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания - SU1390402A2

(Л

.1

N

Изобретение относится к мап1и11о- строению, а именно двнгателестроенню, в частности к двигателям внутреннего сгорания с устройствами, использующи- ми волновую энергию воздушного заряда в системах впуска для улучшения степени наполнения цилиндров.

Из основного авт.св. № 850878 известно устройство для резонансного наддува двигателей внутреннего сгорания , содержащее V-образный впускной трубопровод резонансной длины, подключенный входным участком к ресиверу-отражателю , а выходным - к цилинд- рам с несовпадающими фазами впуска, при этом выходной участок дополнительно подключен к входному при помощи перепускного канала, а в месте подключения последнего установлен ор- ган поочередного сообщения ресивера- отражателя с входным и выходным участками впускного трубопровода 1J

Известное устройство для наддува- подачи в цилиндры двигателя добавоч- ного количества воздуха с целью компенсации падения плотности воздушного заряда в цилиндрах и сохранения мощности двигателя постоянной или маломеняющейся до опредаленной высоты имеет два режима работы, определяемых фиксированным положением органа поочередного сообщения во входном патрубке. Один режим обеспечивает минимальную подачу добавочного коли- чества воздуха на режиме работы двигателя при нормальном атмосферном давлении. Другой режим работы обеспечивает максимальную подачу добавочного количества воздуха в цилиндры дви- гателя, что позволяет сохранить мощность двигателя постоянной или маломеняющейся до определенной высоты, в условиях снижения атмосферного давления или работы при повьщ1енной темпе ратуре воздуха.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при работе двигателя на режиме в условиях нормального атмосферного давления в ци

линдры двигателя подается все же добавочное количество воздуха, хотя и в уменьшенной дозе, поскольку цилиндры двигателя находятся в зоне действия стоячей волны. Вследствие этого ухудшается экономичность работы двигателя в условиях нормального сферного давления, поскольку часть мощности затрачивается в виде насос

5 0

5 0 5 о

0

5

ных ходов порщней двигателя на подачу дополнительного количества воздуха.

Цель изобретения - повьпиениё экономичности работы двигателя в условиях нормального атмосферного давления.

Для достижения поставленной цели между входным и выходным участками V-образного впускного трубопровода установлена заслонка,кинематически связанная с органом поочередного сообщения ресивера - отражателя с входным .и выходным участками впускного трубопровода.

На фиг.1 показана конструктивная схема устройства, на фиг.2 - акустическая схема устройства при работе в высотных условиях на фиг.З - форма стоячей водны, возникающей в трубопроводе , имеющем акустическую схему; на фиг.4 - экспериментальные нагрузочные характеристики двигателя при работе с предлагаемым устройством.

Устройство содержит V-образный впускной трубопровод 1 резонансной длины, подключенный входным участком

2к ресиверу-отражателю 3 колебаний, а выходным участком 4 - к цилиндрам 5 с несовпадающими фазами впуска двигателя 6. Выходной участок 4 впускного трубопровода 1 подключен также к входному участку 2 при помощи перепускного канала 7, а в месте подключения последнего установлен орган 8 поочередного сообщения ресивера-отражателя 3 с входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1. Орган 8 поочередного сообщения имеет два фиксированных положения 9 и 10. Перед ресивером-отражателем 3 установлен фильтр-воздухоочиститель 11.

Между входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1 установлена заслонка 12, кинематически связанная с органом 8 поочередного сообщения ресивера-отражателя

3с входным 2 и выходным 4 участками впускного трубопровода 1 и имеющая два фиксированных положения 13 Закрыто и 14 Открыто.

Устройство работает сдедукнцим образом .

При работе двигателя в нормальных атмосферных условиях на уровне моря орган 8 находится в фиксированном положении 9, а заслонка 12, кинематически связанная с органом 8, - в фиксированном положении 13 Закрыто. В

этом случае под влиянием периодического всасывающего дер 1ствия поршней на такте впуска воздух через трубопрвод 1 поступает в цилиндры двигателя Длина трубопровода 1 минимальна, наддува нет. Количество поступаемого воздуха соответствует необходимому расходу в нормальных условиях работы дви- ,гателя на уровне моря с оптимальной экономичностью при малой затрате мощности двигателя на насосные хода.

При работе двигателя в условиях, характеризующихся пониженной плотностью окружающего воздуха, например при наборе высоты или при повышении температуры воздуха, орган 8 находится в фиксированном положении 9, а г заслонка 12, кинематически связанная с органом 8, - в фиксированном поло- жении 14 Открыто. В этом случае под влиянием периодического всасывающего действия поршней на такте впуска в трубопроводе, имеющем теперь увеличенную длину по сравнению с исходной длиной, в потоке воздуха, идущего в трубопроводе 1, возникают вынужденные колебания давления, которые при совпадении с собственной частотой колебаний столба воздуха в трубопрово- де 1 перерастают в резонансные с образованием внутри трубопровода 1 так называемой стоячей волны.

Акустическим эквивалентом предлагаемого устройства, когда орган 8 находится в фиксированном положении 9, а заслонка 12 - в фиксированном положении 14 Открыто, является прямолинейный трубопровод, открытый с одного конца и закрытый с другого, к которо- му подключена группа цилиндров на участке, примыкающем к открытому концу трубопровода. Закрытый конец трубопровода в акустической схеме тождественен концу натурного трубопровода 1, закрытого органом 8 в положении 9. Открытый конец трубопровода в акустической схеме эквивалентен концу натурного трубопровода 1, подключенного к промежуточной емкости в виде ресивера-отражателя 3, которая вьшрлняет функции отражателя колебаний с эффектом , аналогичным работе открытого конца трубопровода, сообщенного с атмосферой .

В акустической схеме, когда орган В находится в положении 9, а заслонка 12 - в положении 14 Открыто, стоячая волна имеет пучность (макси

, ю

J5 20 25 ,Q

.„ . 35

50

5

мальное изменение амплитуды давления в столбе воздуха) у закрытого конца трубопровода и узел (отсутствие колебаний давления) у его открытого конца .

В этом случае при совпадении момента закрытия впускного клапана с приходом положительного избыточного давления в стоячей волне цилиндры 5 получают дополнительное количество воздуха (резонансный наддув), но меньше максимального количества, поскольку группа цилиндров 5 находится в зон ё узла стоячей волны.

Имитировать кривизну натурного трубопровода 1 в акустической схеме нет необходимости, поскольку предлагаемое устройство по соотношению внутреннего диаметра трубопровода 1 к длине волны развивающихся в нем колебаний относится к так назьшаемым узким трубам, развитие колебаний в которых не зависит от степени их кривизны.

Таким образом, при работе двигателя 6 в условиях, характеризирукпцих- ся пониженной плотностью окружающего воздуха, например, при наборе высоты или при повьппении температуры воздуха , когда орган 8 находится в фиксированном положении 9, а заслонка 12, кинематически связанная с органом 8,- в фиксированном положении 14 Открыто , цилиндры 5 получают дополнительное количество воздуха, что компенсирует до определенной величины падение плотности воздуха в цилиндрах 5 и сохраняет мощность двигателя, близкой или равной ее величине на уровне моря.

При работе двигателя 6 в условиях, характеризующихся низкой плотностью окружающего воздуха, например на высоте или при повьш1енной температуре воздухй, орган 8 переводится обслуживающим персоналом в фиксированное положение 10, а заслонка 12 остается в фиксированном положении 14 Открыто.

В этом случае под влиянием периодического всасывающего действия поршней на такте впуска в потоке воздуха, идущего в трубопроводе 1, возникают вынужденные колебания давления, которые при совпадении с собственной частотой колебаний столба воздуха в трубопроводе 1 перерастают в резонансные

51390ДО

с образованием внутри трубопровода 1 стоячей волны.

При этом поток возДуха в трубопроводе 1 меняет направление движения с на обратное, а группа цилиндров, присоединенных к нему, оказывается наиболее удаленной от входного участка 2, т.е. в зоне конца трубопровода, закрытого органом 8, Находясь у за- 10 крытого конца трубопровода 1, цилиндры 5 попадают в зону пучности стоячей волны, т.е. в область, где изменения амплитуды колебаний давления воздуха 4Р максимальны,,15

На фиг.2 приведена акустическая схема предлагаемого устройства, когда орган 8 находится в фиксированном положении 10, а заслонка 12 - в фик12 - в фиксированном положении 14 Открыто группа цилиндров 5 с несов- падаюпщми фазами впуска находится в зоне пучности стоячей волны и при совпадении момента закрытия впускного клапана с приходом положительного избыточного давления в стоячей волне цилиндры 5 получают максимальное количество добавочного воздуха (резонансный наддув), поскольку амплитуда колебаний в зоне пучности имеет максимальное значение.

Совпадение момента закрытия впускных клапанов с приходом максимальной положительной избыточной волны давления обеспечивает подачу в каждый цилиндр 5 максимального количества воздуха , что компенсирует до определенной

5 и сохраняет мощность дви- , близкой или равной ее велисированном положении 14 Открыто. Из 20 высоты падение плотности воздуха в ци- фиг.2 следует, что акустическим эквивалентом предлагаемого устройства при нахождении органа 8 в фиксированном положении 10, а заслонки 12 - в

фиксированном положении 14 Открыто 25 ройствс для является прямолинейный трубопровод, открытый с одного конца и закрытый с другого, к которому подключена группа цилиндров на участке, примыкающем к закрытому концу трубопровода. За- ЗО крытый конец трубопровода в акустической схеме тождественен концу натурного трубопровода 1, закрытого . органом 8 в фиксированном положении

идшиндрах

гателя 6

чине на уровне моря.

Таким образом, в предлагаемом уст- наддува-подачи в цилиндры 5 двигателя 6 добавочного количества воздуха с целью компенсации падения плотности воздушного заряда в цилиндрах 5 и сохранения мощности двигателя 6 постоянной или маломеняющейся до определенной высоты У1меет три режима работы, определяемых фиксированным положением органа 8 поочередного сообщения и фиксированным положением

10 при положении заслонки 12 в фикси-,, заслонки 12 отключе}1ия дерепускного

рованном положении 14 Открыто. Открытый конец трубопровода в акустической схеме эквивалентен концу натурного трубопровода 1, подключенного. к промежуточной емкости в виде реси- дО вера-отражателя 3, которая выполняет функции отражателя колебаний с эффектом , аналогичным работе открытого конца трубопровода, сообщенного с атканала от выходного участка впускно трубопровода, кинематически связанн го с органом 8 поочередного сообщени

На одном режиме количество посту- паемого в цилиндры воздуха соответст вует необходимому расходу в нормальных условиях работы двигателя на уровне моря с оптимальной экономичностью при малой затрате мощности двигателя на насосные хода (без ущер ба для его экономичности).

мосферой.

На фиг,3 изображена форма стоячей волны, возникающей в трубопроводе 1, акустическая схема которого приведена на фиг.2.

Из фиг.З следует, что в этом случае стоячая волна имеет пучность (максимальное изменение амплитуды давления АР в столбе воздуха) у закрытого конца трубопровода и узел (отсутствие колебаний давления) у ег открытого конца.

Из сопоставления фиг.2 и 3 следуе что при нахождении органа 8 в фиксированном положении 10, а заслонки

12 - в фиксированном положении 14 Открыто группа цилиндров 5 с несов- падаюпщми фазами впуска находится в зоне пучности стоячей волны и при совпадении момента закрытия впускного клапана с приходом положительного избыточного давления в стоячей волне цилиндры 5 получают максимальное количество добавочного воздуха (резонансный наддув), поскольку амплитуда колебаний в зоне пучности имеет максимальное значение.

Совпадение момента закрытия впускных клапанов с приходом максимальной положительной избыточной волны давления обеспечивает подачу в каждый цилиндр 5 максимального количества воздуха , что компенсирует до определенной

высоты падение плотности воздуха в ци

5 и сохраняет мощность дви- , близкой или равной ее веливысоты падение плотности воздуха в ци

ройствс для

идшиндрах

гателя 6

чине на уровне моря.

Таким образом, в предлагаемом уст- наддува-подачи в цилиндры 5 двигателя 6 добавочного количества воздуха с целью компенсации падения плотности воздушного заряда в цилиндрах 5 и сохранения мощности двигателя 6 постоянной или маломеняющейся до определенной высоты У1меет три режима работы, определяемых фиксированным положением органа 8 поочередного сообщения и фиксированным положением

О

5

0

5

канала от выходного участка впускного трубопровода, кинематически связанного с органом 8 поочередного сообщения.

На одном режиме количество посту- паемого в цилиндры воздуха соответствует необходимому расходу в нормальных условиях работы двигателя на уровне моря с оптимальной экономичностью при малой затрате мощности двигателя на насосные хода (без ущерба для его экономичности).

Другой режим обеспечивает ограниченную подачу добавочного количества воздуха и соответствует требованиям работы двигателя в условиях, характеризующихся пониженной плотностью окружающего воздуха, например, при наборе высоты или при повышении температуры воздуха, что позволяет сохранить мощность двигателя постоянной или маломеняющейся до определенных средних высот.

Третий режим работы обеспечивает максимальную подачу добавочного количестна воздуха в цилиндры двигателя, что позволяет сохранить мощность двигателя постоянной или маломеняющейся до больших высот по сравнению с вторым режимом работы.

Экспериментальная проверка пред- лага емого изобретения проведена на б-цилиндровом V-образном двигателе, имеющем 3 цилиндра в одном блоке, с равномерным чередованием тактов впуск и несовпадающими фазами работы впускных клапанов путем снятия нагрузочных характеристик по топливной экономичности на оборотах об/мин с общей длиной резонансного трубопровода мм и площадью поперечного сечения эквивалентной площади круга диаметром 85 мм.

На фиг.4 представлены результаты экспериментальной проверки работы , двигателя при настройке устройства на три реткима работы

Ввиду сложности имитации работы двигателя в высотных условиях, работа двигателя условно проверялась на всех трех режимах работы при размещении двигателя только на уровне моря.

На фиг.4 кривая 15 характеризует изменение экономичности (удельный эффективный расход топлива g г/л. с.ч.) при работе двигателя на высоте с максимальным резонансным наддувом с включенной системой газодинамического наддува, т.е. при положении 10 органа 8 и положении 14 Открыто заслонки 12.

При этом двигатель имеет наихудшую экономичность, что свидетельствует о том, что в цилиндры подается повы- шейное количество воздуха, в котЬром двигатель не нуждается при данном раз размещении двигателя, так как работает в нормальных атмосферных условиях на уровне моря.

Кривая 16 на фиг.4 характеризует работу устройства при подаче ограниченного количества дополнительного воздуха в цилиндры двигателя, в условиях пониженной плотности окружающего воздуха, например при наборе высоты или при повышении температуры воздуха . Для этого орган 8 переводится в положение 9, а заслонка 12 остается в положении 14 Открыто.

На этом режиме работы двигатель имеет экономичность примерно на 2-3% лучшую, чем при работе на режиме максимального наддува.

При постановке в устройство дополнительно заслонки 12 в целях отключения системы, т.е при нахождении органа 8 и положении 9 и при переводе заслонки 12 в положение 13 Закрыто предлагаемое устройство работает как обычный впускной коллектор, не имеющий резонансных зон, без поДачи дополнительного воздуха, как это необходимо для работы на уровне моря.

При этом по результатам экспери-. мента экономичность двигателя заметно улучшается, как показано протеканием кривой 17 на фиг54, увеличивается эффект улучшения экономичности примерно наполовину по сравнению с кривой 16, что подтверждает целесообразность дооборудования устройства по изобретению.

Как показали эксперименты, предлагаемое устройство, по сравнению с известным позволяет улучпшть экономичность двигателя при работе в условиях нормального атмосферного давления примерно на 2-3%, а в целом предлагаемое устройство совместно с известным устройством позволяет улучшить экономичность двигателя при переходе от высотных условий к уровню моря на 5-7%.

Использование предлагаемого устройства для наддува позволит расширить применение наддува на двигателях внутреннего сгорания, обеспечив получение наддува в заданных условиях высотности работы над уровнем моря при достаточно простой общей системе наддува.

4P

60 ВО 00 120 Фаг. Ц

фиг. 2

Iff О 160 180

л/е /I.e.