SU748023A1 - Apparatus for supercharging i.c. engine - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности двигателестроению, а именно к устройствам дл  наддува двигателей внутреннего сгорани , использую- щих кинематическую и волновую энергию в системах впуска. Известны системы наддува двигател  внутреннего сгорани , содерлшщие впускные коллекторы, объедин ющие цилиндры с несовпадающими фазами впуска и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетател  .1 . Однако известные устройства дл  над дува двигател  внутреннего сгорани  между впускными коллекторами и компрес сорной ступенью имеют промежуточную емкость (ресивер-отражатель), котора  дл  обеспечени  эффективного испольао« вани  кинетической и волновой энергии и защиты компрессора от колебаний воздушного столба, должна иметь объем не менее половины рабочего объема цилинд- ров двигател , что услойш ет cncTeNiy ладдува, увелич1 Бает габаритные размеры к вес системы в целом, Целью изобретени   вл етс  упроще™ нме конструкции н уменьшение габаритов устройства дл  наддува двигател  внутреннего сгорани . Цель достигаетс  тем, что впускные каплекторы сообщены между собой при помощи трубопровода и расположены , акустически зеркально, а воздухонапорный патрубок турбонагнетател  подсоединен перпендикул рно и симметрично коллекторам . На фиг, 1 схематически изображена система наддува; на фиг. 2 -то же, в варианте дл  V -образного двигател ; на фиг. 3 - акуст1гческа  модель системы паддува; на фиг. 4 - осциллограммы давлени  во впускном коллекторе и в трубопроводе-отражателе; на фиг. 5 варианты исполнени  системы трубопроводов; на фиг. .6 и 7 - изменение точекThe invention relates to mechanical engineering, in particular, engine-building, in particular to devices for pressurization of internal combustion engines using kinematic and wave energy in intake systems. There are known turbocharging systems for internal combustion engines containing intake manifolds connecting cylinders with non-coincident intake phases and communicating with the air intake manifold of the turbocharger .1. However, the known devices for an internal combustion engine dual engine between the intake manifolds and the compressor stage have an intermediate tank (receiver-reflector), which must have a volume of at least half to ensure efficient use of kinetic and wave energy and protect the compressor from vibrations of the air column. engine cylinder capacity, which makes the cncTeNiy a fair, enlarged1. It has overall dimensions to the weight of the system as a whole. The purpose of the invention is to simplify the design and reduce dimensions of the device for pressurization of the internal combustion engine. The goal is achieved by the fact that the inlet manifolds communicate with each other by means of a pipeline and are located acoustically in a mirror manner, and the air-inlet port of the turbocharger is connected perpendicularly and symmetrically to the manifolds. FIG. 1 schematically shows a pressurization system; in fig. 2 - the same, in the variant for a V-engine; in fig. 3 - acoustic model of the padduv system; in fig. 4 — pressure waveforms in the inlet manifold and in the reflector pipe; in fig. 5 versions of the piping system; in fig. .6 and 7 - change points

резонанса дл  вариантов исполнени  системы трубопроводов, изображенных на фиг. 5; на фиг. 8 - варианты изменени  длины трубопровоаа; на фиг. 9 - результаты проверки суммарного коэффициента наполнени .resonance for embodiments of the piping system shown in FIG. five; in fig. 8 - options for changing the length of the pipeline; in fig. 9 shows the results of the verification of the total filling ratio.

В устройсте дл  наддува двигатель внутреннего сгорани  1 имеет два рдина- ковых впускных коллектора (резонатора) 2, объедин ющих цилиндры с несовпадающими фазами впуска и равномерным чередованием тактов впуска. Коллекторы 2 сообщены между собой при помощи трубопровода 3, а воздухонапорный патрубок 4 турбонагнетател  5 подсоединен перпендикул рно к трубопроводу 3 и симметрично коллекторам 2. Разветвлейие воздухонапорного патрубка 4 и трубопровода 3 делит трубопровод 3 на два равных отрезка так, что коллекторы 2 относительно разветвлени  расположены друг к другу акустически зеркально . Турбонагнетатель 5 состоит из компрессора 6 и турбины 7, к которой вьтускные газы подвод тс  по выпускным коллекторам 8.In the pressurizer, the internal combustion engine 1 has two identical intake manifolds (resonators) 2, which combine cylinders with mismatched intake phases and a uniform alternation of intake cycles. Collectors 2 communicate with each other by means of pipe 3, and the air-pressure pipe 4 of the turbocharger 5 is connected perpendicularly to the pipe 3 and symmetrically to the manifolds 2. The branch of the air-pressure pipe 4 and pipe 3 divides the pipe 3 into two equal sections so that the collectors 2 are relatively branching to a friend acoustically mirrored. The turbocharger 5 consists of a compressor 6 and a turbine 7, to which the outlet gases are supplied through exhaust manifolds 8.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В коллекторах 2 и половинках трубопровода 3 от всасывающего действи  поршней возникают вынужденные колебани  столба воздуха, которые при определенных соотношени х объема коллектора и длины половинок трубопровода 3 развиваютс  в резонансные. Из теории звукопроводов известно что ответвление трубопровода (воздухонапорного патрубка ) 4 от трубопровода 3  вл етс  отражателем колебаний, идущих в трубопроводе 3. Наиболее полным это отражение будет при определенном соотношении длины трубопровода 4, длины волны резнирующей гармоники и возмущающего импульса . При этом длина трубопровода 4 может быть рассчитана по формулеIn the collectors 2 and the halves of the pipeline 3, forced oscillations of the air column occur due to the suction effect of the pistons, which at certain ratios of the collector volume and the length of the halves of the pipeline 3 develop into resonant ones. From the theory of sound pipes, it is known that the branch pipe (air-inlet nozzle) 4 from pipe 3 is a reflector of oscillations going in pipe 3. This reflection will be most complete with a certain ratio of the length of pipe 4, the wavelength of the cutting harmonic and the disturbing pulse. The length of the pipeline 4 can be calculated by the formula

/ А ()2 (1)/ A () 2 (1)

трtr

еe

- длина трубопровода 4;- pipeline length 4;

гдеWhere

тр tr

- пор док тона (п -О, 1, 2, п- since the docking of the tone (p –O, 1, 2, p

3 . . .); Д - длина волны резонирующей3 . .) D is the resonant wavelength.

гармоники возмущающего импульса .harmonics of disturbing impulse.

В предлагаемой системе наддува ресивер-отражатель отсутствует, а его рол выполн ет разветвление трубопроводов (фшхьтр Квинке), одинаково дл  обоихIn the proposed pressurization system, the receiver-reflector is absent, and its role is performed by the branching of the pipelines (Kvinki’s link), the same for both

коллекторов (резонаторов) 2, поскольку последние подключены к разветвлению зеркально. Развивающиес  в резонаторах колебани  отражаютс  от разветвлени , которое выполн ет роль ресивера-отражател , одновременно  вл  сь трубопроводом , отвод щим воздух от компрессора, что упрощает систему, делает ее более компактной и легкой. Введение в системуcollectors (resonators) 2, since the latter are connected to the branching mirror. The oscillations developing in the resonators are reflected from the branching, which acts as a receiver-reflector, at the same time being a pipeline that pushes air from the compressor, which simplifies the system, making it more compact and easy. Introduction to the system

фильтра Квинке дает возможность настраивать резонатор и сам фильтр на одну резонирующую частоту, что позвол ет получить в одной точке особенно сильный резонанс. Возможен также и другой ва-The Quincke filter makes it possible to tune the resonator and the filter itself to one resonant frequency, which makes it possible to obtain a particularly strong resonance at one point. There is also another possibility.

5 риант, когда резонатор настроен на одну. частоту, а фильтр Квинке - на другую. В этом случае система динамического наддува настроена на два режима работы с аологим протеканием коэффициента на-5, when the resonator is tuned to one. frequency, and the Quincke filter - on the other. In this case, the dynamic pressurization system is configured for two modes of operation with aologim

полнени  по скоростной характеристике.speed in terms of speed characteristics.

Таким образом, замена ресивера-отражател  на фильтр-отражатель позвол ет получить добавочный элемент дл  на5 стройки системы динамического наддува. Из теории звукопроводов также следует , что эффект отражени  имеет место также и при длине трубопровода 3 равной нулю, т. е. при непосредственномThus, replacing the reflector receiver with the reflector filter provides an additional element for setting up a dynamic pressurization system. It also follows from the theory of sound ducts that the reflection effect also takes place when the length of pipeline 3 is zero, i.e.

присоединении трубонагнетател  к разветвлению , что расшир ет компоновочные возможности описываемого устройства . Предлагаемое устройство может обеспечить динамический наддув и без турбо5 нагнетател . В этом случае установка на входе в устройство воздухоочистител  или глушител  шума, вместо турбонагнетател ,. не потребует ресивера-отражател , поскольку отражение от разветвлени  будет иметь место и без турбонагнетател .attaching a pipe rammer to a fork, which expands the layout capabilities of the device described. The proposed device can provide dynamic pressurization and without turbo5 supercharger. In this case, the installation at the entrance to the device air cleaner or silencer, instead of the turbocharger,. will not require a reflector receiver, since reflection from a fork will also take place without a turbocharger.

Claims (1)

Практическа  проверка предлагаемого устройства дл  наддува выполнена на 6-ти цилиндровом V -образном двигателе с наддувом от двух турбонагнетателей , дл  которого система органически присуща, по схеме, представленной на фиг. 2, Система состоит из двух турбонагнетателей 5, у которых турбины 7 подсоединены к выпускным коллекторам 8 двигател  1. Компрессор 6 каждого турбонагнетател  5 при помощи воздухо- напорного патрубка 4 длиной tfp и трубопровода 3 общей длиной Ь 2 при соединены к впускным коллекторам 2 двигател  1. Патрубок 4 и трубопровод 3 подсоединены так, что образуют разв1втвление , которое делит трубопровод 3 на две равные части Р , а системы впускной коллоктор-т)убопровоа длиной В подсое динены друг к другу зеркально. Впускны коллекторы 2 имеют объем 4,5 л кажды величина Kofopor-o в ходе экспериментов не мен етс . Горловина зпускного колл тора диаметром(90 мм в ходе эксперимента остаетс  посто нной. Длины трубопроводов 4 и 3 в ходе эксперимента измен ютс . Провер ютс  также изменени  сечени  трубопровода ( и 90 мм). Двигатель имеет равн мерное чередование тактов впуска через 120 угла поворота коленчатого вала. В каждом- блоке, объедин ющем три цилиндра с несовпадающими фазами впуска чередование тактов впуска также равномерное и происходит через 240 угла п ворота коленчатого вала. Акустическа  модель динамической системы наддува .(фиг. 3) состоит из двух резонаторов Гельмгольца с симметрично присоединен ным к ним трубопроводам длиной зак рытым с одного конца. На фиг. 4 приведены осциллограммы давлени  во впускном коллекторе 2 (кри ва  9) и в трубопроводе 3 (крива  10). Как видно на фиг. 4,  вно выраженные ко ебанИ  на впуске .двигат&т , вследствие отражени  от разветЕшени , доход т до компрессора в ослабленном виде -(уменьша сь по амплитуде примерно в 3 раза). Таким образом, предлагаема  система, способству  развитию колебаний на впуске в двигателе, защищает от проникновени  их; в компрессор без применени  специального ресивера. Собственна  частота колебаний столба воздуха в резонаторе Гельмгольца может быть определена из известного со отношени  - собственна  частота колебаний (1 /с ); - скорость звука ( м/с ); - сечение горловины резонато- AV)-, ра ( горловины -длина V - объем резонатора (м ). Из зависимости (2) следует, что соо ношение объема резонатора, длины и сечени  его горловины должно определ ть положение точки (или точек) резонанса и их амплитуду на скоростной характери тике двигател . УДл  экспериментальной проверки этих положений используетс  236 несколько варипгггов системы трубопроводов , показан {ых. на фиг . 5. Объем коллектора осгаетс  в этих в«Г)Иангах посто нным . В 1 и Г1 вариантах измен етс  сечение грубог ровода 3, длина их остаетс  посто нной, не измен етс  также и трубопровод 4 (Sj--7O мм, 5п-9О мм, L -1014 мм). На фиг. 6 показано шги ние сечени  трубопровода 3 на гголожение точек резонанса , где Р - давление сжати , Пдц -число o6o JOTOB двигател . Из фиг. 6 видно, что уменьшение сечени  трубопрово:ш 3 приводит к смещению резонанса в сторону меньших оборотов (меньших частот). Проверка вли ни  длины патрубка -4 выполнен: на вариантах UI и 1У (см. фиг. 7) РТРЩ -600 мм, -200мм, S -00 мм, L. 1О14 мм. Пз показанных на фиг. 8 результатов экспериментальной проверки этик вариантов следует, что уменьшение длины Е-гр (удаление от длины соответствующей фильтру Квинке), уменьшает максимум резонанса, не измен   положени  его на характеристике. Регулирующее действие обоих настроечных элементов (резонатора и фильтра Квинке) показано на примере изменени  суммарного коэффицие}1та наполнени  ( фиг. 9). Крива  11 соответствует l-V „,. настройке обоих элементов, резонатора и фильтра, на опку частоту в области малых оборотов (n.g-1400 об/мин), а крива  12 - настройке резонатора и фильтра на разные частоты (наПдо-14ОО и 2600 об/мин). Пз фиг. 9 следует, что настройка на одну точку резко повышает величину К, в зоне малых чисел оборотов, а настройка на рлзние точки выравнивает протекать (у . что подтверждает регулирующие свойства укаанных двух элементов системы. Таким образом, применение предлагаемого устройства дл  динамического наддува в двигателе, имеющим только тур- бокомпрессорный наддув, при сохранении габаритных и весовых прказатолей, позволит увеличить коэффициент HaiioJ. ш, эффективность работы турбонагнетател  и топливную экономичность двигател  внутреннего С1 орани . Формула изобретени  Устройство дл  надаува двигател  внутреннего сгораЕкг , содержащее впускные коллекторы, объоцин юцио цилинарыPractical testing of the proposed pressurization device was performed on a 6-cylinder V-shaped engine with a boost from two turbochargers, for which the system is organically inherent, according to the scheme shown in FIG. 2, The system consists of two turbochargers 5, in which the turbines 7 are connected to the exhaust manifolds 8 of the engine 1. The compressor 6 of each turbocharger 5 by means of an air-inlet pipe 4 with a length of tfp and a pipeline 3 with a total length of 2 are connected to the intake manifolds 2 of the engine 1 Pipe 4 and pipeline 3 are connected in such a way that they form an extension that divides pipe 3 into two equal parts P, and the inlet collorator-t) systems are connected by length B and connected to each other. The intake manifolds 2 have a volume of 4.5 liters, each Kofopor-o value does not change during the experiments. The throat of the inlet collar with a diameter (90 mm during the experiment remains constant. The lengths of pipelines 4 and 3 during the experiment change. Changes in the cross section of the pipeline (and 90 mm) are also checked. The engine has an even alternation of intake strokes through 120 crankshaft angles In each block that combines three cylinders with mismatched inlet phases, the alternation of the intake cycles is also uniform and occurs through 240 angles of the crankshaft gate. The acoustic model of the dynamic pressurization system (Fig. 3) consists of two Helmholtz resonators with symmetrically connected pipelines with lengths closed at one end. Figure 4 shows the pressure waveforms in inlet manifold 2 (curve 9) and in pipe 3 (curve 10). As can be seen in figure 4, clearly expressed fuse & t, due to reflection from branch, comes to the compressor in a weakened form (decrease in amplitude by about 3 times). Thus, the proposed system, to promote the development of oscillations in the engine intake, protects against penetration their; into the compressor without the use of a special receiver. The eigenfrequency of oscillations of the air column in the Helmholtz resonator can be determined from the known ratio — the intrinsic oscillation frequency (1 / s); - speed of sound (m / s); - cross-section of the neck of the resonator-AV) -, pa (neck of the length of the length V - volume of the resonator (m). From relationship (2) it follows that the ratio of the volume of the resonator, the length and section of its neck should determine the position of the point (or points) of the resonance and their amplitude on the speed characteristic of the engine. For the experimental verification of these positions, 236 several variance of the pipeline system are used, shown in Fig. 5. The reservoir volume is fixed in these in “D) Iangah constant. In 1 and G1 variants, the cross section of coarse groove 3 changes, their length remains constant, and pipeline 4 does not change either (Sj - 7O mm, 5p-9O mm, L -1014 mm). FIG. 6 shows the cross section of the pipe section 3 for the location of the resonance points, where P is the compression pressure, Pdc is the number o6o JOTOB of the engine. From FIG. 6, it can be seen that a reduction in the cross section of the pipeline: W 3 leads to a shift of the resonance towards lower revolutions (lower frequencies). The test of the influence of the length of the nozzle -4 is performed: on the versions UI and 1U (see Fig. 7), the RTESB-600 mm, -200 mm, S-00 mm, L. 1014 mm. The PS shown in FIG. 8 of the results of experimental verification of these options, it follows that reducing the length E-gr (distance from the length corresponding to Quincke's filter) reduces the resonance maximum without changing its position on the characteristic. The regulating effect of both tuning elements (resonator and Quincke filter) is shown on the example of the change in the total coefficient} 1 of filling (Fig. 9). Curve 11 corresponds to l-V „,. tuning both elements, the resonator and the filter, to the frequency in the region of low speed (n.g-1400 rpm), and curve 12 - tuning the resonator and the filter to different frequencies (Pdo-14OO and 2600 rpm). Pz FIG. 9 it follows that tuning to a single point sharply increases the value of K, in the zone of low speeds, and tuning to radial points evens out the flow (as evidenced by the regulating properties of these two system elements. Thus, the application of the proposed device for dynamic supercharging in the engine, having only turbo-compressor supercharging, while maintaining overall and weight processes, will increase the coefficient HaiioJ, the efficiency of the turbocharger and the fuel efficiency of the internal C1 engine. . The formula of the invention apparatus for internal sgoraEkg nadauva engine comprising intake manifolds, obotsin yutsio tsilinary О несовпадающими фазами впуск  и сообщенные с воздухонапорным патрубком турбонагнетател , отличающеес  тем, что, с целью упрощени  кон струкции и уменьщенк  габаритов, коллекторы сообщены между собой при помощи трубопровода и расположены акустически зеркально, а воэдухонапорныйOn the non-coincident phases inlet and communicated with the air-pressure pipe of the turbocharger, characterized in that, in order to simplify the design and downsizing, the collectors communicate with each other by means of a pipeline and are acoustically mirrored, and the air-pressure патрубок турбонагнетател  поасоедкнен к трубопроводу перпенаикул рно и снммег. рично коллекторам.The turbocharger nozzle is connected to the perpenaikulary and unmolded pipeline. richly collectors. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1, Патент СССР N 498916, кл. ГО2 В 27/ОО, опуб ик. 1976.1, Patent of the USSR N 498916, cl. GO2 B 27 / OO, publ. 1976. 7 ff g7 ff g :: Q)Ui.ZQ) Ui.Z tpUAI TpKeiff (ftpUAI TpKeiff (f ШSh :J: J UrrUrr eiOMO№ f t/ ffMfiro фиг. 5eiOMO No. f t / ffMfiro FIG. five 748023748023 .5.five SsSs .. FiFi оabout SBuPSBuP T+JT + j l,t/-conMl, t / -conM ftOO SOO 2200 If П9«ftOO SOO 2200 If P9 " «o“O /fW™ / fW ™ Фиг &Fig &