СИСТЕМА ВПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02M35/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано во впускных системах автомобильных двигателей.

Для современного автомобилестроения немаловажной является проблема снижения уровня шума впуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), являющегося одним из доминирующих источников шума автомобиля в целом. Используемые в существующих впускных системах патрубки из плотного газонепроницаемого материала при транспортировании по ним пульсирующего газового потока (засасываемого двигателем воздуха из окружающей среды в камеру сгорания) склонны к резонансному усилению излучения звука на частотах, половина длины волны которых кратна длине самого воздухозаборного патрубка. Для подавления этих резонансных л собственных мод применяются различные шумоподавляющие устройства в виде резонаторных камер или шумопоглощающих облицовок, использование которых связано с существенными затратами в производстве и с проблемами их компоновки в стесненном пространстве моторного отсека автомобиля.

Известна система впуска двигателя, описанная в а.с. СССР N 871570, кл. F 02 M 31/00, F 02 M 35/12, опублик. 07.03.84, Бюл. N 9, содержащая воздухоочиститель, трубу смешанного воздуха, патрубки подогретого и неподогретого воздуха, снабженные открытыми концами, регулятор температуры с заслонкой регулирования соотношения потоков воздуха и устройство для подавления резонансных низкочастотных пульсаций газа (воздуха) в системе впуска двигателя, которое представлено калиброванными отверстиями, выполненными по меньшей мере в одном из патрубков на расстоянии 0,25...0,5 его общей длины от его открытого конца. Кроме того, отношение суммарной площади проходного сечения отверстий к площади поперечного сечения соответствующего патрубка составляет 0,01...0,08.

Это компактное и простое в исполнении устройство обладает рядом недостатков. А именно, при засасывании воздуха в ДВС через систему воздухозаборных патрубков, через калиброванные отверстия происходит "высвечивание" высокочастотной звуковой энергии, которая генерируется в виде кромочного свиста, и тем самым ухудшаются акустические характеристики системы впуска двигателя в целом. Помимо этого, система с калиброванными отверстиями требует точной настройки для каждого конкретного случая, т.е. калиброванные отверстия должны располагаться в конкретном месте заявленного диапазона (на расстоянии 0,25.. .0,5 длины патрубка от его открытого конца) и иметь для конкретного варианта определенный размер (отношение суммарной площади проходного сечения отверстий к площади поперечного сечения соответствующего патрубка должно находиться в рамках диапазона 0,01...0,08). Иначе при несоблюдении точности настройки за счет выбора наиболее оптимальных геометрических соотношений параметров из достаточно широкого диапазона невозможно достижение максимального эффекта шумоподавления акустических резонансов патрубков. В случае, если отверстия малы - демпфирование слабое, а выполнение отверстий значительного диаметра, или наоборот, значительного количества мелких отверстий, для отдельных частот как бы укорачивает эффективную длину патрубка (звук излучается достаточно интенсивно уже самими отверстиями, а не открытым концом патрубка) и колеблющаяся масса воздуха между поясом отверстий и открытым концом патрубка как бы исключена из колебательного процесса. А раскачка более легкой воздушной массы (содержащейся в укороченном патрубке) ведет к увеличению амплитуд скоростей колебаний этой массы и соответственно к росту излучаемой звуковой мощности на впуске, что значительно ухудшает заглушение низкочастотного шума воздухоочистителем в целом. Чувствительность системы к точности настройки, необходимость унификации устройства для гаммы двигателей различного рабочего объема и некоторого отличия в конструкции узлов и систем делает неудобным ее использование в условиях массового производства с неизбежным разбросом мощностных, экономических и экологических параметров даже для одной и той же модели двигателя. С другой стороны, выполнение крупных калиброванных отверстий в патрубке ухудшает процесс терморегулирования системы впуска ввиду подсоса значительного количества неподогретого воздуха через эти отверстия.

В качестве прототипа выбрана система впуска двигателя, описанная в а.с. СССР N1048886, кл. F 02 M 31/00, F 02 M 35/12, содержащая воздухоочиститель, трубу смешанного воздуха, патрубки подогретого и неподогретого воздуха, снабженные открытыми концами, и заслонку регулирования соотношения потоков воздуха, при этом по меньшей мере один из патрубков выполнен гибким и снабжен жесткой проставкой с калиброванными отверстиями, расположенной от открытого конца патрубка на расстоянии, равном 0,25...0,5 общей длины патрубка.

Данное изобретение является усовершенствованием системы впуска, описанной в а.с. N 871570. К недостаткам прототипа можно отнести отдельные недостатки описанной выше системы впуска карбюраторного двигателя, а именно, ограниченный диапазон заглушаемых частот (калиброванными отверстиями частично подавляются только низкочастотные резонансные колебания на собственных модах и неизбежно частично "высвечивается" высокочастотный звук). Также, при больших расходах воздуха при работе ДВС с полной нагрузкой на высоких оборотах, когда воздух засасывается через калиброванные отверстия с большой скоростью, происходит "высвечивание" высокочастотной энергии, которая генерируется дополнительным высокочастотным звуком (так называемый "кромочный свист"). Данная система также чувствительна к настройке и зависит от конкретных конструктивных размеров элементов системы впуска двигателя, требуя жестких ограничений на их разброс и ограничений при унификации конструктивного ряда двигателей.

Цель изобретения - улучшение акустических характеристик в широком частотном звуковом диапазоне при снижении чувствительности к настройке для повышения эффекта шумозаглушения и, таким образом, для расширения применимости устройства с соблюдением улучшенного шумоподавления.

Сущность изобретения заключается в том, что в известной системе впуска карбюраторного двигателя, содержащей воздухоочиститель, трубу смешанного воздуха, заслонку регулирования соотношения потоков воздуха и снабженные открытыми концами патрубки подогретого и неподогретого воздуха, по меньшей мере один из которых выполнен в виде гибкого шланга и снабжен проставкой, последняя выполнена в виде сплошной втулки из газопроницаемого пористого шумодемпфирующего материала, например из ПСМ (пористого сетчатого материала), металлорезины, катодной меди и т.д.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - часть патрубка подогретого воздуха с проставкой; на фиг. 3 - один из подводящих патрубков и эпюры распределения звукового давления (P) на первой (а) и второй (б) низшей собственной резонансной форме колебаний воздушного объема, заключенного в полости названного патрубка,
где L - суммарная длина трубы смешанного воздуха и патрубка подогретого (неподогретого) воздуха.

Система содержит воздухоочиститель 1, патрубок 2 подогретого воздуха, патрубок 3 неподогретого воздуха, регулятор 4 температуры, заслонку 5 регулирования соотношения потоков воздуха и трубу 6 смешанного воздуха. Патрубок 2 подвода подогретого воздуха выполнен гибким и подключен одним концом к регулятору 4 температуры, а другим, открытым концом 7 сообщен со средой подогретого воздуха. Патрубок 3 неподогретого воздуха подключен одним концом к регулятору 4 температуры, а другим открытым концом 8 сообщен с окружающей средой без преднамеренного дополнительного подогрева. В патрубок 2 установлена проставка 9 из пористого газопроницаемого материала на расстоянии 0,35. ..0,4 общей длины (L) патрубка 2 от его открытого конца 7.

Система работает следующим образом.

Пульсирующий воздушный поток, возникающий при открытии и закрытии впускного клапана, вызывает во впускных патрубках 2 и 3 двигателя резонансные колебания, звуковая энергия которых излучается в окружающую среду открытыми концами 7 и 8 патрубков 2 и 3. Особенно интенсивно звуковое излучение происходит на резонансных режимах соответствующих низших собственных резонансных частот (мод). Для системы с одним патрубком, например 3, такие колебания оказываются не очень опасными, так как на наиболее опасных режимах с полностью открытым дросселем они значительно задемпфированы вихревыми потерями на открытом конце 8 при большой скорости газа (воздуха). В двухпатрубковой системе при положении заслонки 5 в промежуточном положении, например, почти перекрывающей один из патрубков (обычно подогретого воздуха), скорости засасываемого газа (воздуха) в патрубке 2 малые, соответственно - демпфирование слабое, резонансные колебания очень интенсивные и излучение звука - усиленное. Для их подавления в патрубке 2 на расстоянии 0,35...0,4 его длины, включающей и длину трубы 6 смешанного воздуха, от его открытого конца 7, в местах максимальных звуковых давлений для первой и второй форм колебаний, выполнена проставка 9 из пористого газопроницаемого шумодемпфирующего материала, через мелкие протяженные поры которого происходит продавливание резонансных пульсаций воздуха, что вызывает дополнительные потери в колебательной газовоздушной системе и демпфирование резонансных пульсаций и звука.

Увеличение эффекта шумоподавления в ПСМ (пористый сетчатый материал) обеспечивается за счет продавливания колеблющегося газа (воздуха) в мелких и длинных (протяженных) отверстиях по пути многократного увеличения суммарного активного периметра и пути трения (работы на трение) в многочисленных "мелких" и длинных (протяженных) отверстиях пор в сравнении с несколькими относительно крупными "технологическими" отверстиями перфорации, расположенными в жесткой воздухонепроницаемой проставке, как это имеет место а прототипе. В структуре же мелкопористой воздухопроницаемой проставки в результате трения пульсирующего на резонансе с высокими амплитудами газа (воздуха) и происходит эффективное преобразование энергии упругих звуковых волн и пульсаций в тепловую энергию трения.

Использование во впускной системе автомобильного двигателя (хотя бы в одном из воздухозаборных патрубков воздухоочистителя) проставки 9 из газопроницаемого пористого шумодемпфирующего материала позволяет более эффективно и надежно воздействовать на подавление резонирующих собственных мод воздушного объема патрубка, ввиду обеспечения более широкополостного заглушения звука (активной пористой фрикцией вставки, представляющей собой шумопоглощающий материал) без фактического укорочения длины патрубка, как это происходит при значительной степени перфорации жесткой газонепроницаемой проставки (малая степень перфорации обеспечивает недостаточный эффект). Кроме того, меньшая чувствительность к настройке системы позволяет существенно заузить диапазон зоны установки шумоподавляющего устройства до 0,35...0,4 (в прототипе - 0,25. . .0,5), т.е. сделать его более определенным в зависимости от разброса конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров ДВС. Вследствие того, что не происходит значительного подсасывания воздуха через мелкие поры (как это имеет место при использовании сильноперфорированной проставки (K_п = 0,08) по известному прототипу) из зоны, слабо нагреваемый, воздушный поток и воздух в систему впуска поступают практически полностью через открытый конец 7 патрубка 2 из горячей зоны, что благоприятно сказывается на процессе терморегуляции воздуха впуска и на устойчивости работы двигателя на режиме разгона в условиях низких температур. При использовании пористой проставки 9 исключается генерирование высокочастотного звука (свиста), как это происходит при засасывании воздуха через перфорированные отверстия с высокой скоростью. Кроме того, пористой проставкой 9 заглушается высокочастотный звук, транспортируемый по патрубку 2, как акустическому волноводу. Применение пористой проставки 9 исключает проблемы точной настройки системы за счет снижения чувствительности к настройке системы, что благоприятно для условий массового производства с соответствующим разбросом конструктивных параметров при изготовлении, а также позволяет унифицировать использование широкой конструктивной гаммы моделей двигателей. А за счет изменения пористости проставки (изменением размеров ячеек составных структурных сеток, числа сеток и т.д.) легко установить необходимую конструкцию по шумозаглушению при обеспечении малого дополнительного расхода воздуха через пористую проставку 9.

Таким образом, использование в системе впуска автомобильного двигателя, по меньшей мере в одном из впускных патрубков, проставки из пористого газопроницаемого шумодемпфирующего материала позволяет эффективно воздействовать на снижение уровня шума впуска и повышает надежность и устойчивость работы двигателя на режиме разгона с полной нагрузкой в условиях низких температур.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и позволяет снизить уровень шума двигателей легковых автомобилях. Система содержит воздухоочиститель 1, патрубок 2 подогретого воздуха, патрубок 3 неподогретого воздуха, регулятор 4 температуры, заслонку 5 регулирования соотношения потоков подогретого и неподогретого воздуха и трубу 6 смешанного воздуха. Патрубок 2 подвода подогретого воздуха выполнен в виде гибкого шланга с газонепроницаемой стенкой и содержит проставку 9, размещенную на расстоянии 0,35...0,4 общей длины патрубка 2 от его открытого конца 7. Проставка 9 выполнена в виде сплошной втулки из пористого газопроницаемого шумодемпфирующего материала и используется в качестве устройства для подавления акустических резонансов и низкочастотных пульсаций воздуха в элементах впускной системы автомобильного двигателя 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система впуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая воздухоочиститель, трубу смешанного воздуха, заслонку регулирования соотношения потоков воздуха и снабженные открытыми концами патрубки подогретого и неподогретого воздуха, по меньшей мере один из которых выполнен гибким и снабжен жесткой проставкой, отличающаяся тем, что проставка выполнена в виде сплошной втулки из пористого газопроницаемого шумодемпфирующего материала. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что проставка выполнена из пористого сетчатого материала.