SU741808A3

SU741808A3 - Воздухоподвод щий канал головки цилиндров

Info

Publication number: SU741808A3
Application number: SU731960333A
Authority: SU
Inventors: Эльсбетт Людвиг; Эльсбетт Гюнтер
Original assignee: за вител
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1980-06-15
Also published as: RO68681A; DE2235050A1; US3890949A; HU169046B; GB1442442A; FR2193147A1; JPS4985415A; FR2193147B1; IT991219B; DD105031A5; SE398257B

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Известен воздухоподводящий канал головки цилиндров, например, для системы всасывания двигателя внутреннего сгорания, содержащий сопряженные входной криволинейный участок, начальная плоскость которого совпадает с внешней поверхностью стенки головки цилиндра и одна из конечных точек которого лежит в плоскости поперечного сечения канала, проходящей через оси цилиндра и клапана, вертикальный спиральный участок с осью спирали, расположенной эксцентрично оси клапана в той же плоскости, а также выходной участок, подводящий газ в камеру сгорания [1].

При такой конфигурации взаимосвязанных участков — входного , спирального и выходного — поступающий в камеру сгорания двигателя воздух получает определенное завихрение, способствующее бопее интенсивному смесеобразованию и полному сгоранию топлива. Интенсивность закрутки потока определяется преимущественно гвраметрами спирального участка.

Однако нерациональная конфигурация выходного участка в зоне поступления газа в цилиндр (из-за наличия шарообразного расширения) и отсутствие взаимосвязи геометрических характеристик входного и спирального участков канала предопределяет наличие значительных гидродинамических потерь давления при течении большого количества газа, что заметно снижает коэффициент наполнения рабочего цилиндра, в особенности в случае подвода воздуха в фор- . сированные двигатели. При повышенных числах циклов, характерных для дизелей, форсированных по числу оборотов, завихрение воздушного потока является основным фактором, гарантирующим оптимальную, с точки зрения газодинамики, организацию рабочего процесса в фазах наполнения и сгорания.

Цель изобретения — повышение эффективности вихреобразования и сгорания.

Это достигается согласованием геометрических характеристик всех участков воздухоподводящего канала.

Это осуществляется за счет организации динамического эффекта вихря при закрутке воздушного потока в процессе наполнения рабочего цилиндра.

Для достижения этого входной участок воздухоподводящего канала выполнен S-образным, его начальная плоскость совпадает с внешней поверхностью головки цилиндра, а спиральный участок выполнен с углом подъема, равным 220-360°, и постоянным расстоянием между осью спирали и боковыми стенками, переходящими в выходной цилиндрический участок. При этом ось выходного участка совпадает с осью клапана, а его стенки параллельны оси спирали, тогда как часть боковой стенки S-образного участка, при741808 4 виде отверстия в головке цилиндра 10 и связана на конце с направляющей лопаткой 7 так, что ее оболочка образует внутреннюю стенку спирального участка 4. Наружные стенки 11 спирального участка 4 имеют приблизительно одипа ⁵ ковое расстояние b от оси спирали 9, так что поперечное сечение канала на участке 4 практически постоянно.

Стенки 12 выходного участка 3 вследствие

ΙΟ цилиндрического исполнения этой части канала также имеют одинаковые расстояния от оси клапана V. Примыкающий к спиралеобразному участку 4 входной S-образный участок 5 также мыкающая к оси спирали, выполнена в виде направляющей лопатки. ₁₅

Для плавного без срывов течения воздушного потока по меньшей мере одна из точек внутренней стенки канала лежит на прямой, проходящей через ось спирали перпендикулярно к плоскости поперечного сечения канала, ₂₀высота выходного участка составляет 0,3-0,5 его диаметра, а сам спиральный участок имеет поперечное сечение в виде трапеции, большее основание которой обращено к отверстию входного участка. 25

При такой взаимосвязи элементов канала течение потока приобретает вполне устойчивый характер.

На фиг- 1 показан воздухоподводящий канал, поперечное сечение; на фиг. 2 - головка ци- ₃₀линдра двигателя в плоскости сечения канала I-Ι на фиг. 1, разрез; на фиг. 3 — головка цилиндра в плоскости, перпендикулярной к сечению, на фиг. 2, разрез.

Воздухоподводящий канал 1 состоит из ₃₅ трех сопряженных участков, первый из которых , считая от цилиндра· 2 двигателя, выполнен в качестве выходного канала 3, второй в форме спирального участка 4 и третий, входной, в качестве S-образно изогнутого направляющего ₄θ канала 5. Спиральный. винтообразный участок 4, который расположен между выходным и входным участками 3 и 5, имеет винтовой подъем 6, который изгибается вокруг оси спирали У , расположенной с внешней стороны от оси X цилиндра 2. Ось спирали!', которая расположена в плоскости поперечного сечения канала К, проходящей через оси цилиндра и клапана, сме имеет равномерное поперечное сечение, как и участок 4. Входной S-образный участок 5 канала 1 выполнен таким образом, что прямая Е, пересекающая плоскость поперечного сечения канала К, проходящую через ось спирали Υ, касается внешней поверхности стенки 13 головки цилиндра 10 в зоне плоскости поперечного сечения канала К¹, проходящей параллельно плоскости поперечного сечения канала К. Таким образом, прямая Е точкой касания 14 определяет положение начальной плоскости направляющего участка 5, от которой канал 1 переходит в спиральный винтообразный участок 4.

Геометрические характеристики отдельных участков каналов, обеспечивающие оптимальное завихрение потока, выбраны экспериментально, в том числе и формы поперечного сечения участков. Длину S-образного участка целесообразно принимать равной удЕоекной-утроенной величине среднего диаметра D (фиг. 1). Что касается расстояния а смещения оси спирали У по отношению к оси клапана V, то это расстояние должно быть равно 0,25-0,5 диаметра D выходного участка 3, а высота h может составлять 0,30,5 диаметра D. В качестве оптимального подъема 6 в спиральном участке должен быть принят двухкратный средний диаметр канала D на каждый оборот спирали. Указанные величины, однако, являются приближенными, полученными во время испытаний, и не исключают выбора других геометрических размеров. Оптимальные же параметры выполнения реализуются согласно экспериментальным данным при предлагаемых соотношениях размеров сопряженных участков канала.

щена на расстояние а по отношению к оси клапана V.

Подъем 6 имеет угол наклона спирали а не менее 220-360° ( в данном варианте 240°) и ограничивается стенкой 7, образующей конец участка 4. Стенка 7 в виде направляющей лопатки является продолжением стенки 8 и удлинена, например, на величину, равную половине диаметра клапана.

Предусмотрена в зоне оси спирали У направляющая клапана 9, которая выполнена в

Claims

Изобретение относитс к двигател м внутреннего сгорани . Известен воздухоподвод щий канал головки далиндров, например, дл системы всасывани двигател внутреннего сгорани , содержащий сопр женные входной криволинейный участок, начальна плоскость которого совпадает с внешней поверхностью стенки головки цилиндра и одна из конечных точек которого лежит в плоскости поперечного сечени канала, проход щей через оси цилиндра и клапана, вертикальный спиральный участок с осью спирали, расположенной эксцентрично оси клапана в той же плоскости, а также выходной участок, подвод щий газ в камеру сгорани 1. При такой конфигурации взаимосв занных участков - входного , спирального и выходного поступающий в камеру сгорани двигател воз дух получает определенное завихрение, способствующее более интенсивному смесеобразованию и полному сгоранию топлива. Интенсивность закрутки потока определ етс преимущественно траметрами спирального участка. Однако нерациональна конфигураци выходного участка в зоне поступлени газа в цилиндр (из-за наличи щарообразного расщирени ) и отсутствие взаимосв зи геометрических характеристик входного и спирального участков канала предопредел ет наличие значительных гидродинамических потерь давлени при течении большого количества газа, что заметно снижает коэффициент наполнени рабочего цилиндра, в особенности в случае подвода воздуха в фор- . сированные двигатели. При повышенных числах циклов, характерных дл дизелей, форсированных по числу оборотов, завихрение воздущного потсжа вл етс основным фактором, гфантирующим оптимальную, с точки зрени газодинамики , организацию рабочего процесса в фазах наполнени и сгорани . Цель изобретени - повышение эффективности вихреобразовани и сгорани . Это достигаетс согласованием геометрических характеристик всех участков воздухоподвод щего канала. Это осуществл етс за счет организации динакшческого зффекта вихр при закрутке воздушного потока в процессе наполнени рабо чего цилиндра. Дл достижени этого входной участок воздухоподвод щего канала выполнен S-образным его начальна плоскость совпадает с внешней поверхностью головки цилиндра, а спиральный участок вьшолнен с углом подъема, равным 220-360°, и посто нным рассто нием между осью спирали и боковыми стенками, переход лдами в выходной цилиндрический участок. При этом ось выходного участка совпадает с осью клапана , а его стенки параллельны оси спирали, тогда как часть боковой стенки S-образного участка, гфи мыкающа к оси спирали, выполнена в виде направ л ющей лопатки. Дл плавного без срывов течени воздушного потока по меньшей мере одна из точек внутренней стенки канала лежит на пр мой, проход щей через ось спирали перпендикул рно к плоскости поперечного сечени канала, высота выходного участка составл ет 03-0,5 его диаметра, а сам спиральный участок имеет поперечное сечение в виде трапеции, большее основание которой обращено к отверстию вход ного участка. При такой взаимосв зи элементов канала течение потока приобретает вполне устойчивый характер. На фиг. 1 показан воздухоподвод щий кана поперечное сечение; на фиг. 2 - головка цилиндра двигател в плоскости сечени канала М на фиг. 1, разрез; на фиг. 3 - головка цилиндра в плоскости, перпендикул рной к сечению , на фиг. 2, разрез. Воздухоподвод щий канал 1 состоит из трех сопр женных участков, первый из которых , счита от цилиндра 2 двигател , выполнен в качестве выходного канала 3, второй в фор ме спирального участка 4 и третий, входной, в качестве S-образно изогнутого направл ющего канала 5. Спиральный, винтообразный участок который расположен между выходным и входным участками 3 и 5, имеет винтовой подъем 6, который изгибаетс вокруг оси спирали Y , расположенной с внешней стороны от оси X цилиндра 2. Ось спирали У, котора расположена в плоскости поперечного сечени канала К, проход щей через оси цилиндра и клапана, сме щена на рассто ние а по отношению к оси клапана V. Подъем 6 имеет угол наклона спирали а не менее 220-360° ( в данном варианте 240°) и ограничиваетс стенкой 7, образующей конец участка 4. Стенка 7 в виде направл ющей лопатки вл етс продолжением стенки 8 и удлинена, например, на величину, равную половине диаметра клапана. Предусмотрена в зоне оси спирали У направл юща клапана 9, котора выполнена в виде отверсти в головке 1шлиидра 10 и св зана на конце с направл ющей лопаткой 7 так, что ее оболочка образует внутреннюю стенку спирального участка 4. Наружнь е стенки 11 спирального участка 4 имеют приблизительно одинаковое рассто ние b от оси спирали 9, так что поперечное сечение канала на участке 4 практически посто нно. Стенки 12 выходного участка 3 вследствие цилиндрического исполнени этой части канала также имеют одинаковые рассто ни от оси клапана V. Примыкающий к спиралеобразному участку 4 входной S-образный участок 5 также имеет равномерное поперечное сечение, как и участок 4. Входной S-образный участок 5 канала 1 выполнен таким образом, что пр ма Е, пересекающа плоскость поперечного сечени канала К, проход щую через ось спирали Y, касаетс внешней поверхности стенки 13 головки цилиндра 10 в зоне плоскости поперечного сечени канала К , проход щей параллельно плоскости гоперечного сечени канала К. Таким образом, пр ма Е точкой касани 14 определ ет положение начальной плоскости направл ющего участка 5, от которой канал 1 переходит в спиральны и винтообразны и участок 4. Геометрические характеристики отдельных участков каналов, обеспечивающие оптимальное завихрение потока, выбраны экспериментально, в том числе и формы поперечного сечени участков. Длину S-образного участка целесообразно принимать равной удвоенной-утроенной величине среднего диаметра D (фиг. 1). Что касаетс рассто ни а смещени оси спирали У го отношению к оси клапана V, то это рассто ние должно быть равно 0,25-0,5 диаметра D выходного участка 3, а высота h может составл ть 030 ,5 диаметра D. В качестве оптимального подъема 6 в спиральном участке должен быть гфин т двухкратный средний диаметр канала D на каждый оборот спирали. Указанные величины , однако, вл ютс приближенными, полученными во врем испытаний, и не исключают выбора других геометрических размеров. Оптимальные же параметры выполнени реализуютс согласно экспериментальным данным при предлагаемых соотношени х размеров сопр женных участков канала. Формула изобретени 1. Воздухоподвод щий канал головки цилиндров , например, дл системы всасывани дви-гател внутреннего сгорани , содержащий сопр женные входной криволинейный участок, начальна плоскость которого совпадает с внешней поверхностью стенки головки цилиндра и одна из конечных точек которого лежит в плоскости поперечного сечени канала, проход щей через ос цилиндра и клапана, спиральный участок с осью сп рали, расположенной эксцентрично оси клапана в той же плоскости, .и выходной участок, подвод щий газ в камеру сгорани , отличаюши с тем, что, с целью повышени эффективности вихреобразовани и сгорани , входной участок выполнен S-образным и его начальна плоскость совпадает с внешней поверхностью головки цилиндра, а спиральный участок имеет посто нный угол подъема, равный 220-360°, и посто нное рассто ние между осью спирали и бок выми стенками, переход щими в выходной цилин рический участок.
2.Канал по п. 1,отличающийс тем, что ось выходного участка совпадает с осью клапана, а его стенки параллельны оси спирали.
3.Канал по п. 2, отличающийс тем, что часть боковой стенки S-образного участка, промыкающа к оси спирали, выполнена в виде направл ющей лопатки.
4. Канал по пп. 1, 2 и 3, о т л и ч а ю щ и и с тем, что по меньшей мере одна из точек внутренней стенки канала лежит на пр мой, проход щей через ось спирали перпендикул рно к плоскости поперечного сечени канала.
5.Канал по п. 1, отличающийс тем, что высота выходного участка составл ет 0,3-0,5 его диаметра.
6.Канал по пп. 1-5, отличающийс тем, что спиральный участок имеет поперечное сечение в виде трапеции, бопьщее основание которой обращено к отверстию входного участка. Источники информацш, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Швейцарии N 434872, кл. 46 с, 4, опублик. 1967.

f

риг.2

/Twyy//////////////////////

т

I

/ //////////////////-y//

12 Фиг.5