[發(fā)明專利]一種活塞發(fā)動機(jī)的抗高脈動排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及排氣系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710610376.8
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107327336B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周煜;丁水汀;吳江;閔敏;李果
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F01N13/08
• 分類號: F01N13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于兩缸活塞發(fā)動機(jī)的抗高脈動排氣的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，目的在于減小增壓器在工作時(shí)受到的沖擊載荷，提高增壓器的工作可靠性和使用壽命。本發(fā)明設(shè)計(jì)到兩方面內(nèi)容；氣動原理和結(jié)構(gòu)，氣動原理方面的設(shè)計(jì)目的在于降低排氣系統(tǒng)管道中氣流的壓力脈動，主要的設(shè)計(jì)方法是通過對排氣管道進(jìn)行壓力波分析從而確定排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，并對其進(jìn)行修正，同時(shí)采用抗高脈動的軸承，降低了渦輪增壓器的高溫高速氣流沖擊下的振動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及兩缸活塞發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于兩缸活塞發(fā)動機(jī)的抗高脈動排氣的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以及得到的排氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

廢氣渦輪增壓器可以提高活塞發(fā)動機(jī)的升功率和燃油經(jīng)濟(jì)性，還可以改善發(fā)動機(jī)的排放問題，因此在廢氣渦輪增壓在活塞發(fā)動機(jī)上應(yīng)用十分廣泛。由于兩缸發(fā)動機(jī)的氣缸在工作過程中進(jìn)行的是間歇性排氣，這會激發(fā)排氣系統(tǒng)中的氣體壓力和速度呈周期性脈動。當(dāng)大幅度脈動的氣流作用于廢氣渦輪增壓器中渦輪的葉片時(shí)，高溫、高速、高脈動的氣流沖擊對渦輪的強(qiáng)度及壽命十分不利。除此之外，為了使增壓器在發(fā)動機(jī)的工作過程中穩(wěn)定工作，提供穩(wěn)定的增壓比，減少氣流對于增壓系統(tǒng)的脈動沖擊是十分必要的。

對于現(xiàn)有的定壓增壓發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)增壓器渦輪進(jìn)口處的定壓環(huán)境的主要方法是采用大容積的排氣總管。發(fā)動機(jī)的每個(gè)氣缸都通過一根排氣歧管連接到一根總管上面，由于該種設(shè)計(jì)中排氣管的長度和截面都較大，使得各缸的排氣相互交替補(bǔ)充，而且大容積的排氣總管為廢氣提供了充分的膨脹空間，最終導(dǎo)致排氣總管內(nèi)的氣體壓力對氣缸排氣口處的氣體壓力變化不敏感，壓力始終維持在較小的波動范圍之內(nèi)。上述的定壓增壓系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)有長度很長的排氣歧管和容積很大的排氣總管，大尺寸的結(jié)構(gòu)件使得發(fā)動機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸較大且質(zhì)量較重。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述原因，本發(fā)明公開了一種采用壓力波耦合減弱排氣管道中氣流脈動的抗高脈動排氣的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以及得到的排氣系統(tǒng)。用于解決廢氣渦輪增壓器中渦輪入口壓力脈動較大的問題，同時(shí)在增壓器中采用大阻尼浮動式止推軸承，有效地削弱增壓器的機(jī)械振動。通過以上設(shè)計(jì)，在較小的結(jié)構(gòu)尺寸和重量的情況下有效地減弱增壓器中的氣流脈動和機(jī)械振動。

本發(fā)明完整的技術(shù)方案包括：

一種活塞發(fā)動機(jī)的抗高脈動排氣系統(tǒng)，所述的排氣系統(tǒng)包括排氣歧管、排氣總管，所述的排氣歧管一端與氣缸的排氣口相連，另一端接入排氣總管，其特征在于，所述的排氣總管上設(shè)有排氣緩沖器，排氣緩沖器形狀為錐體，

活塞發(fā)動機(jī)的抗高脈動排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的所述排氣歧管的長度大小由管道內(nèi)的氣柱振動特性得到，具體包括：

(1)根據(jù)發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)要求，明確發(fā)動機(jī)氣缸排氣門打開后的流出廢氣的氣體狀態(tài)參數(shù)，包括壓力、溫度和密度；

(2)設(shè)發(fā)動機(jī)的排氣歧管均為簡單管道，通過下式計(jì)算得到排氣歧管上各點(diǎn)氣流脈動壓力和脈動速度：

式中，P為脈動壓力；u為脈動速度；x為沿管長方向的位置坐標(biāo)；ρ為氣柱的平均密度；C為聲音在介質(zhì)中的傳播速度，即壓力波的傳播速度；ω為圓頻率；A、B為積分常數(shù)，由設(shè)定的邊界條件確定。

(3)將邊界條件設(shè)定為：

P(0)＝1，u(0)＝0

P(l)＝1，u(l)＝0

根據(jù)管道兩端的情況設(shè)定邊界條件，根據(jù)邊界條件得到A、B的積分常數(shù)；

(4)根據(jù)步驟(3)中所列出的邊界條件，對排氣歧管內(nèi)部的氣流脈動情況進(jìn)行初步計(jì)算，將排氣歧管簡化成了簡單管道即直管，在進(jìn)行波的合成時(shí)僅考慮入射波和反射波兩道波；排氣歧管內(nèi)的氣流壓力波與氣反射波振幅、波長和周期均相同，對兩道波進(jìn)行合成之后計(jì)算波動中是否存在駐波點(diǎn)，同時(shí)避免歧管出口處位于波動的駐波點(diǎn)；