Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания

Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Выпускная система позволяет расширить диапазон резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атсмосферу с режимом работы. Выпускная система содержит выпускной коллектор 1, канал выпуска газов в атмосферу, который состоит из диффузора 2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регулировки состоит из двух частей: стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток 7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси коллектора, с внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего элемента в виде пальца 9, элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент 11 в виде витой пружины, другой конец которой прикреплен к коллектору 1. Винтовая канавка 8 имеет фиксирующие лунки 13 для элементов качения. Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстроить длину резонансной части тракта под скоростной режим двигателя . 7 з.п. ф-лы, 7 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(я)з F 02 В 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ 4

Ql 4

Ф.

Фиг.2 (21) 4837958/06 (22) 18.06.90 (46) 07.04.92. Бюл. ¹13 (72) С.Р.Березин (53) 621.436;052(088.8) (56) Патент CLUA

N 3434280, кл. N 60-314, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1290002, кл. F 02 В 27/00, 1985. (54) РЕЗОНАНСНАЯ ВЫПУСКНАЯ СИСТЕМА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Выпускная система позволяет расширить диапазон резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атсмосферу с режимом работы. Выпускная система содержит выпускной коллектор 1, канал выпуска газов в атмосферу, который состоит из диффузора

2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регули„„5U„„1725764 А3 ровки состоит из двух частей: стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток 7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси коллектора, с внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего элемента в виде пальца 9, элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент 11 в виде витой пружины, другой конец которой прикреплен к коллектору

1. Винтовая канавка 8 имеет фиксирующие лунки 13 для элементов качения, Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстроить длину резонансной части тракта под скоростной режим двигателя. 7 з,п. ф-лы, 7 ил.

1725764

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретно к устройствам, использующим волновую энергию выпускных газов для повышения качества очистки и наполнения цилиндра.

Известна резонансная выпускная система, содержащая отражатель импульсов, сообщающий выпускной патрубок двигателя с атмосферой, Отражатель импульсов состоит из диффузора, цилиндрической и конфузорной частей и заканчивается цилиндрическим отводным патрубком, Эта система имеет элемент регулирования длины диффузора в виде телескопического соединения труб, однако не содержит механизма, изменяющего длину настроенной части в зависимости от скоростного режима работы двигателя.

Известна также резонансная система, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших га-. зов в атмосферу и механизм перемещения отражателя импульсов °

Целью изобретения является расширение диапазона резонансного режима работы.

Указанная цель достигается тем, что резонансная выпускная система двигателя, содержащая выхлопную магистраль с установленными в ней последовательно выпускным коллектором, отражателем импульсов, расположенным в торце выпускного коллектора, и каналом выпуска отработавших газов в атмосферу и механизм перемещения

- отражателя импульсов, снабжена упругим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки, механизм перемещения выполнен в виде опорного элемента с канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента. Кроме того, опорный элемент может быть выполнен в форме винтовой линии на боковой поверхности стакана, последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора.

Опорный элемент может быть размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя.

Опорный элемент может быть также размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.

Кроме того, упругий элемент может быть кинематически связан с дроссельной

5 заслонкой двигателя. Кинематическая связь упругого элемента с дроссельной заслонкой может быть выполнена в виде сильфона.

Канал выпуска газов в атмосферу может быть разделен по меньшей мере на две сек10 ции, размещенные по окружности коллектора, а опорный и прижимающий элементы с размещенной между ними канавкой и элементами качения могут быть выполнены в виде упорного подшипника, ось которого

15 совмещена с осью выпускного коллектора.

Кроме того, в канавке для элементов качения могут быть выполнены фиксирующие лунки.

На фиг.1 изображен первый вариант вы20 пускной системы двухтактного двигателя; на фиг.2 — то же, второй вариант; на фиг.3— разрез А — А на фиг.1; на фиг.4 — разрез Б — Б на фиг.2; на фиг,5 — вариант выпускной системы для четырехтактного двигателя; на

25 фиг.6 — вид B на фиг,5; на фиг;7 — третий вариант выпускной системы для двухтактного двигателя.

Газовый тракт (фиг.1) резонансной выпускной системы двухтактного двигателя

30 содержит выпускной коллектор 1 двигателя, канал выпуска газов в атмосферу, которой состоит из диффузора 2, цилиндрической части 3, конфузора 4 и отводного канала 5, который в целях регулировки состоит из

35 двух частей; стакана 6, выполненного в виде отражателя, и газовых поворотных лопаток

7. Стакан 6 насажен на выпускной коллектор 1 с возможностью осевого и тангенциального перемещения относительно оси

40 коллектора. В отводном канале 5установлены газовые поворотные лопатки 7. С внешней стороны по окружности стакана 6 размещен механизм перемещения, состоящий из винтовой канавки 8, прижимающего

45 элемента в виде пальца 9 и элемента 10 качения. К торцу стакана 6 прикреплен одним концом упругий элемент в виде витой пружины 11, другой конец которой прикреплен к коллектору 1, 50 Второй вариант выпускной системы (фиг,2) двухтактного двигателя отличается от первого варианта тем, что отражатель 6 импульсов при помощи стоек 12 прикреплен к коллектору 1, Винтовая канавка 8 может

55 иметь фиксирующие лунки 13 для элементов качения.

Третий вариант системы (фиг.5), предназначенный для 4-тактного двигателя, не имеет отводного канала и конфузора отражателя. Отклоняющие лопатки 7 установле1725764 слонкой 17 двигателя

15

45

55 ны на выходе потока в атмосферу из отражателя. В данном варианте конструкции между внутренней поверхностью стакана 6 и наружной поверхностью коллектора 1 выполнено винтовое соединение 14 с крупным шагом между витками. Упругий элемент

11 одним концом прикреплен к стакану 6, а другим концом через кольцо 15 и сильфон

16 кинематически связан с дроссельной заВариант выпускной системы, изображенный на фиг.7, содержит по меньшей мере два неподвижные секции разной длины, включающие цилиндрическую 3 и конфузорную 4 части, и неподвижный стакан 6 с лопатками 7, установленный на оси 18. На этой оси установлена шайба 19, образующая с втулкой 20 упорный подшипник с шариками 21. На дорожке подшипника выполнены фиксирующие лунки для шариков. Шайба 19 прижимается к втулке 20 при помощи пружины 22.

Устройство работает следующим образом.

При открывании поршнем выпускного окна двухтактного двигателя газ устремляется в коллектор 1, создавая волну давления. Эта волна, пройдя цилиндрический участок коллектора 1, отражается от диффузара 2 волной разрежения, которая возвращается к цилиндру и способствует интенсификации продувки. Первоначальная волна давления далее проходит цилиндрическую часть 3 и затем отражается от конфузора 4 волной давления. Отраженная волна давления возвращается к цилиндру перед закрытием окна, препятствует вытеканию из цилиндра свежего заряда, участвующего в продувке, и повышает массовое наполнение цилиндра. После прохождения отражателя импульсов поток газа попадает на отклоняющие газовые лопатки 7. Газ на лопатках создает реактивный момент, под действием которого стакан 6 поворачивается вокруг оси коллектора 1. Элемент 10 качения, связанный с неподвижным пальцем

9, перемещается по винтовой канавке 8 и передвигает стакан, уменьшая длину настроенной части.

Выпускная система (фиг.5) для четырехтактного двигателя работает следующим образом.

При открывании выпускного клапана возникает волна давления, которая подходит к отражателю импульсов и отражается волной разрежения. Эта волна приходит к клапану перед его закрытием и отсасывает отработавшие газы из цилиндра, улучшая очистку цилиндра. Под действием. реактивного момента, возникающего от поворота газа на лопатках 7, стакан поворачивается и одновременно перемещается вдоль оси с помощью винтового соединения 14 между стаканом и коллектором. Величина реактивного момента зависит от плотности окружающего воздуха (что имеет значение для авиационных двигателей) и от объемного расхода газа через двигатель. В данной конструкции при уменьшении плотности воздуха или уменьшении расхода воздуха изменяется положение заслонки 17 или размер сильфона 16. Тогда кинематически связанный с ними упругий элемент 11 уменьшает свой натяг и для поворота стакана 6 требуется меньший реактивный момент. Это позволяет устранить влияние плотности и расхода воздуха на настройку выпускной системы, Выпускная система, изображенная на фиг.7, работает следующим образом, При изменении скоростного режима двигателя изменяется реактивный момент на лопатках 7, и стакан 6 поворачивается вокруг оси 18 на шариках 21. Стакан поворачивается до тех пор,пока реактивный момент не станет равным усилию упругого элемента 11. Шарики, перекатываясь по дорожке между шайбой 19 и втулкой 20, попадают в фиксирующие лунки, позволяющие точно совместить выход потока из стакана 6 в одну из неподвижных секций. В данной конструкции происходит ступенчатое изменение настроенной длины выпускной системы.

Покажем, что частота вращения и двигателя и длина тракта 1 изменяется таким образом, что настройка системы сохраняется.

Своевременный приход волн давления и разрежения к цилиндру, т.е. настрОйка системы, зависит от сочетания и, l и скорости звука а, связанных уравнением

l=С вЂ”, а и где С вЂ” постоянная величина, соответствующая настроенной системе. Логарифмируя и дифференцируя это выражение и записывая в конечных разностях, получают

"-O. (1)

1 и

Эта формула связывает изменение угла тракта и частоты вращения при резонансе.

Для двигателей, работающих по внешней скоростной характеристике, например для гоночных двигателей, секундный расход воздуха G пропорционален произведению п и коэффициента наполнения щ

6п

Этот расход воздуха проходит через отклоняющие лопатки 7 и вызывает пропорциональный реактивный момент М G n rid.

1725764 или

55

Если принять, что двигатель работает с постоянным коэффициентом избытка воздуха, а также учитывая, что коэффициент наполнения ц, незначительно меняется по оборотам, тогда М и. Принимая, что характеристика пружины 11 линейна, тогда угол поворота стакана 6 и, .соответственно, линейное перемещение Ь! стакана вдоль оси коллектора в сторону уменьшения длины тракта пропорционально

-hl ЛM Лп

- Лi=К hn, где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Преобразуем это выражение к виду т-=т и

ЛI иК Лп (2)

Если подобрать величину К путем изменения жесткости пружины так, чтобы

= — 1, 1 тогда выражение (2) тождественно условию (1) резонансной настройки системы. Это означает, что с изменением частоты вращения длина тракта меняется так, что система остается резонансно настроенной, Использование изобретения позволяет значительно уменьшить габариты выпускной системы и автоматически подстраивать длину резонансной части тракта под скоростной режим работы двигателя.

Формула изобретения

1. Резонансная выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая последовательно установленные выпускной коллектор, подключенный к цилиндрам двигателя, отражатель импульсов, установленный в торце выпускного коллектора с возможностью поворота вокруг оси коллектора, и канал выпуска газов в атмосферу, выполненный в виде стакана, охватывающего выпускной коллектор, и механизм перемещения отражателя, причем канал выпуска газов в атмосферу выполнен переменной длины, а цилиндры двигателя сообщены с впускным трубопроводом, в котором установлена дроссельная заслонка, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона резонансных режимов работы двигателя путем согласования длины канала выпуска газов в атмосферу с режимом работы, система снабжена упру5 гим элементом, закрепленным на поверхности отражателя и выпускном коллекторе двигателя, в канале выпуска газов в атмосферу установлены газовые поворотные лопатки и механизм перемещения выполнен в

10 виде опорного элемента с выполненной в нем канавкой, в которой размещены элементы качения, и прижимающего элемента, 2. Система по п.1, отличающаяся

15 тем, что опорный элемент выполнен в форме винтовой линии на боковой поверхности стакана и последний установлен с возможностью осевого перемещения относительно поверхности выпускного коллектора.

20 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент размещен на наружной поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде пальца, неподвижно закрепленного на корпусе двигателя.

25 4, Система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент размещен на внутренней поверхности стакана, а прижимающий элемент выполнен в виде боковой поверхности выпускного коллектора.

30 5. Система по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что упругий элемент кинематически связан с дроссельной заслонкой двигателя, 6, Система по п.5, отличающаяся тем, что кинематическая связь упругого эле35 мента с дроссельной заслонкой выполнена в виде сильфона.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что канал выпуска газов в атмосферу разделен по меньшей мере на две секции, 40 размещенные по окружности коллектора, а опорный и прижимающий элементы с размещенной между ними канавкой и элементами качения выполнены в виде упорного подшипника, ось которого совмещена с

45 осью выпускного коллектора.

8. Система пс пп.1-7, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что в канавке для элементов качения выполнены фиксирующие лунки.

1725764

Vuz.1

1725764

1725764

Редактор И,Шмакова Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Заказ 1189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101