ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B29/02 F02M35/12 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке штуцер. К системе впуска двигателя подключены три резонансных глушителя, непосредственно сообщенных с объемом ресивера, трубой между ресивером и камерой воздухоочистителя и с объемом камеры воздухоочистителя соответственно (заявка ЕВП N 0379926, кл. F 02 M 35/12, 1990).

К недостаткам этого изобретения следует отнести малую эффективность эксплуатационных характеристик, высокую материалоемкость, а также узкий диапазон использования.

В качестве прототипа выбран двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку цилиндров, в которой сформированы камеры сгорания, снабженные средствами для распределения воздуха и подачи топлива, соединенные с камерами сгорания впускные трубы, ограниченные со стороны камеры сгорания впускными клапанами и сходящиеся свободными концами в общий трубопровод, подключенный к системе воздухозабора и воздухоочистки двигателя, а также смонтированное на впускных трубах средство для подавления шумов и пульсаций газа. Последние представляют собой резонаторы Гельмгольца (ФРГ, з. N 2823293, F 02 M 35/12, 1978).

К недостаткам прототипа следует отнести то, что высокая степень точности настройки резонатора Гельмгольца создают значительные технологические сложности, а эффективность работы достигается в узком диапазоне рабочих частот двигателя.

Технической задачей изобретения является увеличение степени и расширение зоны воздействия устройства для подавления шумов и пульсаций газа, а также упрощение устройства, повышение его технологичности, снижение материалоемкости, а также снижения токсичности двигателя.

Поставленная задача решается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, преимущественно многоцилиндровый, с распределенным впрыском топлива, содержащий головку цилиндров, в которой сформированы камеры сгорания, снабженные средствами для распределения воздуха и подачи топлива, соединенные с камерами сгорания впускные трубы, ограниченные со стороны камеры сгорания впускными клапанами и сходящиеся свободными концами в общий трубопровод, подключенный к системе воздухозабора и воздухоочистки двигателя, а также смонтированное на впускных трубах устройство для подавления шумов и пульсаций газа, в нем устройство для подавления шумов и пульсаций газа выполнено в виде одного, общего для всех впускных труб, герметичного кожуха, с зазором охватывающего впускные трубы, при этом участки труб, размещенные внутри герметичной полости по крайней мере на части своей длины снабжены сквозными отверстиями, обеспечивающими сообщение объемов герметичной полости с полостью труб, а впускные трубы образуют группы, объединенные отдельными герметичными кожухами, при этом полость кожуха по крайней мере частично заполнена звукопоглощающим, вибродемпфирующим, газопроницаемым материалом, корпус кожуха имеет форму сильфона, а в местах сопряжения кожуха с впускными трубами установлены промежуточные газонепроницаемые, термо-, виброизолирующие элементы, внутренняя полость кожуха снабжена виброкомпенсаторами, выполненными из материала с высоким демпфированием, одновременно контактирующими с трубами и корпусом кожуха или стенками кожуха, при этом корпус кожуха снабжен термокомпенсаторами, полость кожуха, по крайней мере частично, заполнена адсорбирующим материалом, например, активированным углем.

На фиг. 1 показаны фрагменты двигателя четырехцилиндрового шестнадцатиклапанного, здесь группы впускных труб объединены индивидуальными кожухами, на фиг. 2 то же, но впускные трубы объединены общим кожухом; на фиг. 2 и 4 показан вариант двигателя, в котором полость кожуха заполнена звукопоглощающим, вибродемпфирующим, газопроницаемым материалом, например, прессованным сетчатым материалом, катодной медью, активированным углем и др. на фиг. 5 показан кожух, корпус которого имеет форму сильфона; на фиг. 6 - корпус кожуха снабжен термокомпенсатором; на фиг. 7 сечение устройства для подавления шумов и пульсаций газа.

Двигатель внутреннего сгорания, в данном случае четырехцилиндровый, шестнадцатиклапанный, с распределенным впрыском топлива, содержит головку цилиндров 1, в которой сформированы камеры сгорания, снабженные средствами для распределения воздуха и подачи топлива (не показаны), соединенные с камерами сгорания впускные трубы 2, ограниченные со стороны камеры сгорания впускными клапанами (не показаны) и сходящиеся свободными концами в общий трубопровод 8, на котором установлен воздухоочиститель 4 и воздушная заслонка 5, а также смонтированное на впускных трубах 2 устройство для подавления шумов и пульсаций газа. Последнее выполнено в виде герметичного кожуха 6, с зазором (образованием герметичной полости) 7, охватывающего впускные трубы 2. Участки труб 2, размещенные внутри полости 7, снабжены сквозными отверстиями 8, обеспечивающими сообщение объемов полости 7 с полостью 9 впускных труб 2. Полость кожуха может быть полностью или частично заполнена звукопоглощающим, вибродемпфирующим, газопроницаемым материалом 10, например, катодной медью. В местах крепления кожуха 6 на трубах 2 установлены промежуточные газонепроницаемые, термо-виброизолирующие элементы 11. Внутри полости 7 установлены виброкомпенсаторы 12. Одновременно контактирующие с трубами 2 и корпусом кожуха 6, или стенками корпуса кожуха 6. Корпус кожуха 6 снабжен термокомпенсатором 13.

Дополнительно на фиг. 2, 3 и 4 показаны выхлопные трубопроводы 14, на фиг. 3, 4 и 7 показан фланец 16 крепления элементов кожуха 6.

Открытие впускного клапана (клапанов) в одном из цилиндров двигателя вызывает перепад давления до и после клапана (в цилиндре двигателя по отношению к окружающей среде). Пульсации воздуха и упругие волны разряжения - сжатия воздушной среды, заполняющей трассу системы впуска, со скоростью звука распространяются по направлению от впускного клапана к открытому концу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя 4, а также в направлении всех свободных отводных каналов трассы впуска впускные трубы 2 других цилиндров 1 через сообщающийся объем общего трубопровода 3, отражаются от закрытых впускных клапанов (тупиковые волноводы). Т. е. образуется поле многократно отражающихся упругих волн в сложном геометрическом объеме впускной системы, с утечкой энергии этих упругих волн через свободно открытый срез воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в виде звука.

В тупиковых ответвлениях впускных труб 2, т. е. во впускных трубах глухо закрытых клапанами, эти упругие волны, многократно распространяясь и отражаясь, возбуждают резонансы этих труб, как волноводов закрытых с одного конца (в зоне закрытого впускного клапана). Т.о. в этих трубах 2 формируются резонансные стоячие волны, усиливающие резонансные колебания во всей впускной системе и усиливающие передачу энергии в системе по направлению к свободному открытому срезу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя 4, т. е. усиливающие излучение звука.

Распределение звуковых давлений на собственных резонансных колебаниях газа по длине этих впускных труб 2 характеризуется в виде косинусоид с максимумом (пучностью) давлений в плоскости впускных клапанов, т. к. частота установления резонанса совпадает с основной (первой) собственной частотой колебаний газа в трубе 2, при совпадении с основной рабочей частотой пульсаций на всасывании, то эти резонансные колебания эффективно демпфируются за счет короткого акустического замыкания полости 9 с трубой 2 посредством отверстий 8, при этом далее по трассе впуска устанавливается более успокоенная воздушная среда и использование там резонаторной полости уже менее эффективно.

Эффективность предлагаемого устройства в значительной степени обусловлена значительной массой газа, заключенного в полости 9 (значительный объем резонатора) и значительным суммарным периметром отверстий 8 перфорации с соответственно большим активным трением газа в отверстиях и соответственно с большим рассеиванием (демпфированием) энергии трущегося газа в отверстиях 8. Также эффективность обусловлена акустическим разрывом относительно длинных, взаимосвязанных, склонных к резонированию впускных труб 2, что очень благоприятно, поскольку исключаются низкочастотные резонансные совпадения с частотами возбуждения при наполнении цилиндров с рабочей частотой двигателя и ее субгармоник.

Наряду с тем, что кожух 6 выполняет роль резонатора, он еще выполняет и роль ресивера, устраняющего взаимовлияние и взаимосвязь цилиндров между собой на резонансах.

Эффективность устройства может еще более повыситься, если полость 7 заполнить звукопоглощающим, вибродемпфирующим, газопроницаемым материалом 10, например, катодной медью, пористым сетчатым материалом и пр. т. к. активная фрикция этого материала способствует дополнительному и более широкополосному преобразованию звуковой энергии в тепловую.

Для компенсации тепловых расширений кожуха 6 он может быть снабжен компенсатором 13, или может быть выполнен частично в виде сильфона, фиг. 5. Кроме того, для устранения (подавления) структурного шума, внутри его могут быть установлены элементы 12 виброкомпенсаторы, а в стыках соединения элементов кожуха и его сопряжениях с трубами 2 устанавливаются термо-виброизолирующие элементы (прокладки) 11.

Практическая реализация объекта не сопряжена с какими-либо сложными технологическими проблемами. Материалы, из которых изготовлен объект, широко применяются в технике. Конструкция в сравнении с прототипом даже более приемлема в массовом производстве, т. к. не требует обеспечения точной настройки резонаторов.

Использование: в двигателях внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры.

Сущность изобретения: двигатель содержит головку цилиндров, в которой сформированы камеры сгорания, снабженные средствами для распределения топлива и воздуха, соединенные со стороны камер сгорания впускными клапанами и сходящиеся свободными концами в общий трубопровод, на котором установлен воздухоочиститель и воздушная заслонка, а также смонтировано на впускных трубах устройство для подавления шумов и пульсаций газа. Последнее выполнено в виде герметичного кожуха, с зазором охватывающего впускные трубы, при этом участки труб, размещенные внутри полости, снабжены отверстиями, обеспечивающими сообщение объемов полости с полостью впускных труб.

Предлагаются варианты конструктивного исполнения.

Изобретение обеспечивает снижение шумов и пульсаций в системе впуска двигателя. 7 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, преимущественно многоцилиндровый, с распределенным впрыском топлива, содержащий головку цилиндров, в которой сформированы камеры сгорания, снабженные средствами для распределения воздуха и подачи топлива, соединенные с камерами сгорания впускные трубы, ограниченные со стороны камеры сгорания впускными клапанами и сходящиеся свободными концами в общий трубопровод, подключенный к системе воздухозабора и воздухоочистки двигателя, а также смонтированное на впускных трубах устройство для подавления шумов и пульсаций газа, отличающийся тем, что названное устройство для подавления шумов и пульсаций газа выполнено в виде по крайней мере одного, общего для всех впускных труб, герметичного кожуха, с зазором охватывающего впускные трубы, при этом участки труб, размещенные внутри герметичной полости по крайней мере на части своей длины, снабжены сквозными отверстиями, обеспечивающими сообщение объемов герметичной полости с полостью труб. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что впускные трубы образуют группы, объединенные отдельными герметичными кожухами. 3. Двигатель по пп. 1 и 2 отличающийся тем, что полость кожуха по крайней мере частично заполнена звукопоглощающим, вибродемпфирующим, газопроницаемым материалом. 4. Двигатель по пп. 1 3, отличающийся тем, что корпус кожуха имеет форму сильфона. 5. Двигатель по пп. 1 4, отличающийся тем, что в местах сопряжения кожуха с впускными трубами установлены промежуточные газонепроницаемые, термо-виброизолирующие элементы. 6. Двигатель по пп. 1 5, отличающийся тем, что внутренняя полость кожуха снабжена виброкомпенсаторами, выполненными из материала с высоким демпфированием, одновременно контактирующими с трубами и корпусом кожуха или стенками кожуха. 7. Двигатель по пп. 1 6, отличающийся тем, что корпус кожуха снабжен термокомпенсатором. 8. Двигатель по пп. 1 7, отличающийся тем, что полость кожуха по крайней мере частично заполнена адсорбирующим материалом, например активированным углем.