Выпускной коллектор двигателявнутреннего сгорания c наддувом

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<ц800402 (61) Дополните;ьное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 05.0479 (21) 2747167/25-66 с присоединением заявки М (28) Приоритет (51)М. Кл.

F 02 В 37/02

1аеударстваккьй квинтет

СССР ио лакан кзабретеиий к отараткк

Опубликовано 30.01.81, Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 300181 (53) УДК 62143. .06 (088.8) С. И. Ломов, Б. Н. Семенов и А. П. Комов (72) Авторы изобретения! !

Центральный научйо-исследовательский дизельный институт. (7! ) Заявитель (54) ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ

Изобретение относится к машиностроению, а именно двнгателестроению и в частности к устройству выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания с наддувом.

Известны выпускные коллекторы двигате- лей внутреннего сгорания с наддувом, содержащие выпускные трубопроводы, каждый из которых объединяет попарно выпускные органы.со смещенными фазами выпуска н подключен к общему преобразователю импульсов, снабженному выпускным диффуэорным, переходным цилиндрическим и входным конфузорным участками н разделителем потоков, установленным в конфуэорном участке (>).

В известных выпускных коллекторах конфузорный участок образован соединенными нод углом друг к другу выходными сечениями двух выпускных трубопроводов, поэтому. один преобразователь импульсов не позволяет объединять более четырех цилиндров.

Основным недостатком известных устройств

20 является то, что онн не могут быть использованы в многоцилнндровых двигателях. Так, например при числе цилиндров, кратном четырем, приходится устанавливать дополнительные преобразователи импульсов, что прн последовательном их соединении загромождает выпускную систему и приводит к дополнительным потерям располагаемой энергии выпускных газов. Параллельное же подключение дополнительных преобразователей импульсов к многозаходной турбнне приводит к увеличению вентиляционных потерь в турбокомпрессоре наддува двигателя, что также снижает полезное исполь. зованне располагаемой энергии выпускных газов.

В связи с тем, что в цилиндрическом участке преобразователя происходит объединение фактически только двух потоков (активного и пассивного) на входе в диффузор сохраняется неравномерность профиля скоростей потока газов, что снижает эффективность преобразования кинетической энергии газа в давление, а также ослабляет эжекцию пассивного потока активным на входе в смеснтель и тем самым ухудшает продувку камеры сгорания, снижая индикаторные показатели процесса

402 4 фуэорный участок 7 с установленным в нем разделителем 8 потоков представляет иэ себя смеситель 9 газовых потоков. Разделитель 8 потоков выполнен в виде двух групп пластин 10 и 11 различной длины, которые образуют секторные камеры 12. Выпускные трубопроводы 3 объединяют попарно выпускные органы со смещенными фазами выпуска. Преобразователь 4 импульсов своим выходным 0 диффуэорным участком 5 подключен к уравнительной емкости 13 и к агрегату наддува 14.

Один из трубопроводов расположен в преобразователе импульсов по оси конфузора и снабжен соплом 15. Выходное сечение 16 конфузорного участка 7 имеет вполне определенное значение своей площади.

3 800 сгорания и ухудшая топливную экономичность двигателя.

Кроме того, выпускной коллектор двигателя с таким преобразователем импульсов малоэффективен или совершенно не пригоден для многоцилиндровых дизелей с числом цилиндров, не кратным четырем, особенно ,для турбокомпрессора с одноэаходной турбиной, которая имеет более высокий КПД по сравнению с парциальным подводом газбв.

Цель изобретения — уменьшение потерь, располагаемой энергии выпускных газов двигателя .внутреннего сгорания.

Указанная цель достигается тем, что разделитель потоков выполнен в виде двух групп пластин разной длины, чередующихся между собой, установленных радиально и образующих секторные камеры, каждая из которых связана с выпускным трубопроводом, причем длина пластин одной группы составляет 0,65 — 0,75 от длины пластин второй группы, а один из выпускных трубопроводов расположен в преобразователе импульсов по оси конфузора. При этом площадь выходного сечения конфузорного участка выполнена в соответствии с соотношением = (0,81-0,83) (1 + e ) С где F a>< — эффективное проходное сечение при полном открытии выпускных органов одного цилиндра;

V — отношение суммарного время-сеЕ чения одновременно открытых выпускных органов к время-сечению выпускных органов одного цилиндра; — площадь выходного сечения конфузорного участка.

На фиг. 1 представлен описываемый выпускной коллектор двигателя с четным количеством объединяемых трубопроводов общий вид, на фиг. 2 — сечение А — А входного участка преобразователя импульсов на фиг. 1; на фиг. 3 — входной участок с нечетным количеством объединяемых трубопроводов, общий вид; на фиг. 4 — то же, сечение Б — Б на фиг. 3; на фиг. 5 — то же, сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 — графически изображено перекрытие время-сечения выпускных органов

8-ми цилиндрового двигателя; на фиг. 7 графически изображено время-сечение выпускных органов 14-ти цилиндрового двигателя.

Описываемый выпускной коллектор, например для 8-ми цилиндрового двигателя> включает в себя выпускные органы (не показаны) цилиндров 1, подключенные через выпускные патрубки 2 к выпускным трубопроводам 3 и к общему преобразователю 4 импульсов выпуска, снабженному выпускным диффузорным 5, переходным цилиндрическим

6 и входным конфуэориым 7 участками. КонВыходные сечения f трубопроводов 3 связаны непосредственно с секторными камерами

20 12, которые образованы пластинами 10 и 11, установленными радиально и чередующимися между собой в конфузорном входном участке

7 смесителя 9. Длина пластин первЬй группы

10 для обеспечения оптимальной скорости полз тока в выходном сечении секторных камер 12 выбрана в диапазоне 0,65 — 0,75 от длины пластин второй группы 11.

Проходное сечение 1, выпускных патрубков

2 и трубопроводов 3 выбирают в зависимости от степени.форсировки двигателя по давлению наддува и частоте вращения коленвала в следующих пределах

1д ах 4 f 6 F, 35 где Рп Рщах — соответственно геометрическое и эффективное проходное сечение при полном открытии выпускных органов одного цилиндра.

Выходное сечение 16 конфузорного участ46 ка 7 выполнено в соответствии с соотношением (0,81 — 0,83) (1 + Ч ) Еща„, где 7 — площадь выходного сечения конфуэорного участка;

4$ — отношение суммарного время-сечения

2 одновременно открытых выпускных органов к время-сечению выпускных органов одного цилиндра.

Величина 1 представляет собой относительно ную величину время-сечения перекрываемых фаз выпуска цилиндров, объединяемых секторными камерами 12 эа полный период открытия t. выпускных- органов одного цилиндра, Для 8-ми цилиндрового двигателя перекрытие время-сечений выпускных органов за период t приведено на фиг. б, где по оси ординат отложено проходное сечение F, a по оси абсцисс — период открытия выпускных органов t. Величина У для рассматрив, 800402 6 ла 15 центрального трубопровода 3 выполнен равным углу сходимостн а коифуэорного входного участка 7 смесителя 9. Выходное сечение и протяженность сопла 15 выполнены равС

fc = (0,81 — 0,83) Frnqx, "с а +е

Ч

3 где д Ч 1,, ч с, 4, и. 1 — время-сечение выпускных органов различных цилиндров.

Коэффициент 0,81 — 0,83 в приведенном выше соотношении является экспериментальной величиной оптимального сужения проходного сечения каждой секторной камеры 12 для обеспечения оптимальной эжекции пассивного потока активным на срезе пластин первой группы 10 и справедлив для всех типов дизелей.

Величины. Fп ах M Yg Bbl6Hp610TCH C учетом конструктивных параметров конкретной чгистемы газораспределения рассматриваемого дизеля. Следовательно, соотношение для определения выходного сечения f секторных камер

12 носит обобщающий характер и приемлемо для всех типов дизелей.

Угол сходимости а и длина г. конфузорного входного участка 7 смесителя 9 приняты из условия обеспечения минимальной потери напора и находятся в пределах:

a = 40 — 60 ; E > 0,565 1/7.

Работа выпускного коллектора двигателя внутреннего сгорания с наддувом заключается в следунацем, Отработавшие газы в порядке работы цилиндров поступают по выпускным патрубкам

-2 к трубопроводам. 3, по которым подходят к секторным камерам 12. Приданная секторным камерам 12 форма тел вращения (фиг.2)» соосных с выходными сечениями трубопроводов 3, снижает входное сопротивление и обеспечивает снижение потери напора при прохождении через них выпускных газов. емого примера определяется планиметрированием площадей под кривыьщ а,в,сф,е, т.е

Предлагаемое изобретение преобразования импульсов выпуска многоцилиндрового двигателя обеспечивает подвод выпускных газов к однозаходной турбине, которая обладает большим КПД (по сравнению с многозаходной) в результате уменьшения вентиляционных потерь. Кроме того,: оно пригодно как для четного количества трубопроводов 3, объединяющих выпускные патрубки двух цилиндров (фиг. 1 и 2), так и нечетного.

На фиг. 3 представлен общий вид входного участка 7 смесителя 9 многокамерного преобразователя импульсов 4, выполненного для нечетного количества трубопроводов 3. Основным отличием в этом случае является то, что один из трубопроводов 3 размещен в центре входного участка 7 и снабжен соплом 15.

Остальные же трубопроводы 3 связаны с секторными камерами l 2. Угол сходимости сопКонструктивные соотношения 1, f, В и а рассматриваемого выпускного коллектора комбинированного ДВС с нечетным количеством трубопроводов 3 определяются по ранее приведенным соотношениям. Перекрытие время-сечений выпускных клапанов для 14-ти щлиндрового двигателя. графически представлено на фиг. 7.

Положителъный эффект от реализации предлагаемого выпускного коллектора может найти отражение в уменьшении потерь располагаемой энергии, так как конструкция предлагаемого многокамерного преобразователя импульсов обеспечивает подвод выпускных газов к однозаходной турбине с меньшими вентиляционными потерями.

B. результате объединения одним преобразователем импульсов предлагаемой многокамерной конструкции более четырех цилиндров, происходит наиболее полное выравнивание профиля скоростей потоков газа на входе в диффузор, что способствует повышению эффектив, ности преобразования кинетической энергии выпускных газов в давление и, следовательно, 3S снижает потери располагаемой энергии газа в период транспортировки его к турбокомпрессору йцщува.

Расширение поверхности соприкосновения взаимодействия активных и пассивных потоков

49 на входе в смеситель усиливает эжекционный эффект, понижающий противодавление поршню в момент выпуска газон из объединяемых секторными камерами цилиндров, что уменьшает отрицательную работу насосных ходов и, следовательно, повышает топливную экономичность двпгателя.

В результате усиления эжекционного эффекта улучшается качество гаэообмена и индикаторные показатели двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее полное использование располагаемой энергии выпускных газов, например для дизелей типа 8ЧН9, 5/10, может обеспечить снижение среднеэксплуатацнонного расхода топлива на 3 г/э л., с.ч, что при выпуске дизелей 2000 шт, в год даст экономический эффект в сумме 350000 рублей.

7 80040

Формула изобретения

} Впун и койектор двигателя BHymeH него сгорания с наддувом, содержащий выпускные трубопроводы, каждый из которых объединяет попарно выпускные органы со смещенными фазами выпуска и подключен к общему преобразователю импульсов, снабженному выпускным диффуэорным, переходным цнлиидрическим и входным конфуэорным учас| кеми и разделителем потоков, установленным в конфузорном участке, о т л и ч а ю щ и йс а тем, что, с целью уменьшения потерь располагаемой энергии., разделитель потоков выполнен в виде двух групп пластин разной длины, чередуксцихся между собой, установленных радиально и обраэуницих секторные камеры, каждая и которых связана с выпускным трубопроводом, причем длина пластин одной группы составляет 065 — 075 от длины пластин второй группы.

2. Коллектор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что площадь выходного сечения кон2 8 фуэорного участка выполнена в соответствии с соотношением — (О 81 — 0,83) (1 + Ч п1 F max, где Рща„— эффективное проходное сечение при полном открытии выпускных органов одного цилиндра, 9 — отношение суммарного время-сече ния одновременно открытых выпускных органов к время-сечению выпускных органов одного цилиндра; — площадь выходного сечения .кон фузорного участка.

3. Коллектор по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что один иэ выпускных трубопроводов расположен в преобразователе импульсов по оси конфуэора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 2147426, кл. F 01 1ч 7/00, опублик.1973.