СИСТЕМА АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМА ВПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M35/12 

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к устройствам активного подавления шума системы впуска двигателей внутреннего сгорания.

Известны устройства активного подавления шума путем генерирования звука той же амплитуды и частоты, что и нежелательный шум, причем последний обнаруживается микрофоном и нейтрализуется громкоговорителем, патент Великобритании N 2142091, F 01 N 1/06, G 10 K 11/16 01.09.1985. Данная система работает с учетом акустической обратной связи между громкоговорителем и микрофоном. Недостатком системы подобного типа применительно к подавлению шума в газоводах двигателя внутреннего сгорания является то, что для формирования антизвука с требуемыми характеристиками в условиях изменяющихся значений базовых частот при различных режимах работы двигателя необходимы тщательный выбор передаточной функции обратной связи, точная настройка и обеспечение стабильности работы системы, что не всегда возможно в реальных условиях эксплуатации.

В значительной мере этого недостатка лишена выбранная в качестве прототипа система, патент Японии N 62-168913, F 01 N 1/00, 25.07.87, содержащая датчик давления, установленный в патрубке, связанном с выпускным каналом. Сигнал от упомянутого датчика давления поступает в систему управления через полосовой фильтр и аналого-цифровой преобразователь. Сигнал датчика частоты вращения двигателя поступает в преобразователь частоты, где происходит выделение частотного компонента от вспышек в цилиндрах. Упомянутая система управления формирует сигнал с частотой, равной частоте вспышек в цилиндрах и противоположный этим вспышкам по фазе. Этот сигнал поступает в громкоговоритель. Таким образом достигается эффективное шумоглушение для различных режимов работы двигателя.

В свою очередь эта система обладает рядом недостатков. Во-первых, это необходимость получения звука высокого уровня. Этого недостатка лишены системы, у которых громкоговоритель излучает звуковую энергию непосредственно в зону компенсации, находящуюся вблизи от излучающего среза газовода системы воздухообмена двигателя внутреннего сгорания, охватывающую пространство, радиус которого составляет не более двух-трех диаметров газовода или не более 1/12 от λ где l длина волны заглушаемого звука. При этом мощность звукового генератора будет минимальной, так как уровни звукового сигнала у среза значительно ниже уровней звукового сигнала системы. Во-вторых, вышеупомянутая система обладает высокой чувствительностью к температуре окружающего воздуха. Это связано с тем, что передаточная функция акустической системы зависит от этой температуры, так как акустические параметры газа зависят от температуры, влажности и других факторов; а закладываемая в электронную часть функция обычно не включает в себя этих параметров или требует специальных приборов для измерения температуры, влажности и т.д. Наиболее сильная зависимость связана с резонансными характеристиками впускного патрубка. Предлагаемая система лишена этого недостатка, так как автоматически следит за физическими характеристиками поступающего в систему воздуха за счет подобранной определенным образом частотной характеристики дополнительного патрубка, соединяющего компенсирующий источник звука (динамик) и зону среза впускного патрубка. В-третьих, использование зависимости передачи компенсирующего сигнала от положения дроссельной заслонки позволяет существенно повысить эффективность работы системы и уменьшить энергозатраты на формирование компенсирующего сигнала, так как наиболее значительные уровни шума впуска двигателя внутреннего сгорания возникают в режиме работы двигателя при полностью или почти полностью открытой дроссельной заслонки, при меньшем же угле открытия дроссельной заслонки система активного подавления шума преимущественно впуска двигателя внутреннего сгорания автоматически перестает работать, что достигается с помощью использования датчика отключения дроссельной заслонки. Наконец, предлагаемая система более проста по сравнению с прототипом и в то же время наиболее полно учитывает специфические особенности шума впуска в сравнении с шумом выхлопа.

Задача изобретения повышение эффективности подавления шума, излучаемого системой газообмена (преимущественно впуска) двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения заключается в том, что система активного подавления шума впуска двигателя внутреннего сгорания с воздухоочистителем, впускным и подводящим к цилиндрам патрубками, датчиком частоты, содержащая динамик и систему формирования компенсирующего сигнала, причем система формирования компенсирующего сигнала снабжена генератором звука с блоком управления, последний связан с датчиком частоты и дроссельной заслонкой, а генератор звука связан с динамиком, излучающим звук в зону среза впускного патрубка.

Система снабжена трубой, посредством которой динамик связан с зоной среза впускного патрубка, причем длина трубы l_g равна (0,8-1,2) l_пром., где l_пром. средняя эффективная длина трубы между воздухоочистителем и клапаном двигателя.

Система снабжена датчиком положения дроссельной заслонки и микрофоном, установленным в зоне среза впускного патрубка, причем заслонка через датчик положения и микрофон связана с блоком управления.

Система снабжена датчиком отключения дроссельной заслонки, причем последняя связана с блоком управления через упомянутый датчик.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы активного подавления шума впуска двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 показаны подводящие патрубки между воздухоочистителем и цилиндрами двигателя; на фиг. 3 показан вариант исполнения системы активного подавления шума преимущественно впуска двигателя внутреннего сгорания с датчиком положения дроссельной заслонки и микрофоном.

Система активного подавления шума впуска двигателя внутреннего сгорания содержит возбудители газодинамических пульсаций давления, выполненные в виде впускных клапанов цилиндров двигателя 1-4, подводящие к цилиндрам патрубки 5-8, промежуточный патрубок 9, заглушающую камеру 10, выполненную в виде воздухоочистителя, и впускной патрубок 11 со свободным срезом, являющимся излучателем звуковой энергии и граничащим с зоной среза впускного патрубка 12. В состав системы также входят дополнительный патрубок 13 (труба, длина которой l_g), динамик 14 (компенсирующий источник звука), датчик частоты двигателя 15, механический регулятор уровня излучения звуковой энергии 16, выполненный в виде дроссельной заслонки с углом открытия a, датчик отключения дроссельной заслонки 17, блок управления формирования компенсирующего сигнала 18 и генератор звука 19. Кроме того, в состав заявляемой системы также могут входить датчик положения дроссельной заслонки 20 и микрофон 21, установленный в зоне среза впускного патрубка 12.

Система работает следующим образом. Динамические пульсации давления потока газа, возникающие при работе впускных клапанов 1-4 цилиндров двигателя вследствие перепада давления между полостями цилиндров и атмосферой, передаются от упомянутых впускных клапанов через подводящие к цилиндрам патрубки 5-8, промежуточный патрубок 9, воздухоочиститель 10 к открытому срезу впускного патрубка 11 и являются источником интенсивного излучения низкочастотной составляющей шума системы впуска в атмосферу.

В общем спектре излучения шума впуска четырехтактного двигателя внутреннего сгорания наиболее сильной, как правило, является амплитуда первой гармоники на частоте
Гц;
где n число оборотов коленвала двигателя в минуту.

С помощью предлагаемой системы достигается эффективное ослабление уровня шума впуска первой гармоники, а значит, и значительное снижение уровня шума впуска в области низких частот (f < 300 Гц), обладающего наибольшей проникающей способностью.

Для достижения эффекта ослабления необходимо формирование компенсирующего сигнала с определенными амплитудно-частотными характеристиками, а именно: чтобы амплитуда компенсирующего сигнала была эквивалентна амплитуде заглушаемой первой гармоники шума системы газообмена ДВС, а фазы были противоположны. Для этого амплитуда и фаза электрического сигнала, подаваемого на динамик 14, подбираются экспериментально для различных режимов работы двигателя, т. е. для различных значений частоты f₁, и вводятся в блок управления формирования компенсирующего сигнала 18. При работе двигателя информация о значении частоты первой гармоники шума впуска поступает от датчика частоты 15 (это может быть датчик частоты оборотов коленвала двигателя либо датчик частоты ходов всасывания и т.д.) на блок управления формирования компенсирующего сигнала 18, которая затем передает электрический сигнал с предварительно подобранными для данного значения частоты f₁ амплитудно-частотными характеристиками на генератор звука 19, а оттуда на динамик 14, излучающий компенсирующий звуковой сигнал через дополнительный патрубок 13 в зону среза впускного патрубка 12. В результате интерференции излучателя звуковой энергии и звука, излучаемого компенсирующим источником (динамиком) 14, достигается значительный эффект ослабления первой гармоники низкочастотного спектра шума. В области высоких и средних частот эффективное заглушение шума осуществляется с помощью заглушающей камеры (воздухоочистителя) 10. В результате достигается суммарный эффект ослабления шума впуска.

Известно, что уровни шума впуска особенно высоки на режиме разгона, который характеризуется полным или почти полным открытием дроссельной заслонки, т. е. α ≈ α_max, где α угол открытия дроссельной заслонки. Таким образом, для заявляемой системы наличие датчика отключения дроссельной заслонки 17, соединенного с дроссельной заслонкой 16 и с блоком управления формирования компенсирующего сигнала 18 ( см. фиг. 1), позволит экономить электроэнергию и более эффективно использовать заявляемую систему. При полностью или почти полностью открытой дроссельной заслонке 16 система работает, при меньших значениях угла открытия дроссельной заслонки a срабатывает датчик отключения дроссельной заслонки 17, и формирования компенсирующего сигнала не происходит (точное значение угла a может устанавливаться в зависимости от акустических особенностей двигателя). Тем самым значительно повышается экономичность работы системы.

Зависимость работы предлагаемой системы от механического положения дроссельной заслонки 16 может использоваться и более широким образом. На фиг. 3 показан вариант исполнения заявляемой системы, содержащей датчик положения дроссельной заслонки 20 и микрофон 21, установленный в зоне среза впускного патрубка 12, передающие информацию об угле открытия a дроссельной заслонки 16 и о силе звука в зоне среза впускного патрубка 12 в блок управления формирования компенсирующего сигнала 18 наряду с сигналом датчика частоты двигателя 15, что позволяет повысить надежность формирования компенсирующего сигнала с требуемыми акустическими характеристиками.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах впуска и выпуска ДВС для активного подавления шума. Система содержит динамик 14, генератор звука 19 с блоком управления 18, последний связан с датчиком частоты 15 двигателя и дроссельной заслонки 16 двигателя. Генератор звука 19 связан с динамиком 14, излучающим звук в зону среза 12 впускного патрубка 11. Система снабжена трубой 13, посредством которой динамик связан с зоной среза впускного патрубка. Система может содержать микрофон 21, установленный в зоне среза впускного патрубка 11 и датчик 20 положения дроссельной заслонки. Изобретение позволяет повысить эффективность подавления шума. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Система активного подавления шума впуска двигателя внутреннего сгорания с воздухоочистителем, впускным и подводящим к цилиндрам патрубками, датчиком частоты, содержащая динамик и систему формирования компенсирующего сигнала, отличающаяся тем, что система формирования компенсирующего сигнала снабжена генератором звука с блоком управления, последний связан с датчиком частоты и дроссельной заслонкой, а генератор звука связан с динамиком, излучающим звук в зону среза впускного патрубка. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена трубой, посредством которой динамик связан с зоной среза впускного патрубка, причем длина трубы l_д равна (0,8 1,2)l _пром, где l_пром средняя эффективная длина трубы между воздухоочистителем и клапаном двигателя. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком положения дроссельной заслонки и микрофоном, установленным в зоне среза впускного патрубка, причем заслонка через датчик положения и микрофон связаны с блоком управления. 4. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком отключения дроссельной заслонки, причем последняя связана с блоком управления через упомянутый датчик.