РЕЗОНАТОР ДЛЯ ДВУХПОТОЧНОЙ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ Российский патент 2016 года по МПК F01N1/02 F01N13/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к резонаторам, использующимся в двухпоточных системах выпуска двигателя.

Уровень техники

Двухпоточные системы выпуска, содержащие два выпускных трубопровода, отводящих выхлопные газы от двигателя внутреннего сгорания, могут применяться в различных типах двигателей. Применение двухпоточной системы выпуска может быть особенно преимущественным в двигателе с V-образным расположением цилиндров, вследствие компоновки и расположения компонентов двигателя. Преимущества включают улучшенную компактность двигателя и повышенные характеристики двигателя.

Устройства ослабления звука, например резонаторы и глушители, предназначены для того, чтобы уменьшить, а в некоторых случаях исключить возникновение звуковых частот в двойных потоках выхлопных газов. Для ослабления звуковых частот, возникающих в двухпоточных системах выпуска, разработаны системы выпуска, использующие пару резонаторов. Например, в документе US 4,408,675 раскрыта система выпуска с резонатором, соединенным с каждым из выпускных потоков. Однако у этого типа конструкции может быть несколько недостатков. Стоимость транспортного средства, в котором используются несколько резонаторов, может увеличиться по сравнению с одним резонатором. Кроме того, при использовании нескольких резонаторов могут увеличиться размеры системы выпуска.

Предпринимались попытки использовать единственный резонатор для ослабления звуковых частот в обоих потоках выхлопных газов в двухпоточных системах выпуска. Например, в документе US 2009/0301807 раскрывается резонатор, содержащий два выпускных трубопровода, взаимодействующие через два отверстия, противолежащие горизонтально, которые соединены по текучей среде с горловиной. Выхлопные газы могут протекать в герметизированную полость резонатора (то есть горловину-корпус) от каждого из выпускных трубопроводов через отверстия, противолежащие горизонтально. В свою очередь, звуковые волны передаются в резонатор, часть которых отражается от стенок кожуха и корпуса горловины и затухает.

Авторы настоящего изобретения выявили несколько проблем, присущих системе выпуска, раскрытой в документе US 2009/0301807. Например, конфигурация раскрытого резонатора, в частности расположение отверстия, увеличивает противодавление в потоке выхлопных газов, уменьшая КПД двигателя. Более того, могут быть ослаблены только частоты ограниченного диапазона вследствие пространственных ограничений корпуса горловины. Другие двухпоточные конструкции резонаторов с одной полостью также предполагают компромиссы между уровнем ослабления звуковых колебаний, выполняемого резонатором, и противодавлением, создаваемым устройством.

Раскрытие изобретения

Предложен резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя, содержащий:

кожух, формирующий полость;

перегородку, проходящую через кожух и разделяющую первую и вторую расширительные камеры полости, причем перегородка содержит по меньшей мере одно отверстие; и

первый и второй выпускной трубопроводы, проходящие через перегородку и кожух, причем каждый трубопровод связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров и содержит перфорированный участок, причем перфторированные участки обоих трубопроводов расположены в различных отдельных расширительных камерах.

Перегородка резонатора может содержать два или более отверстий.

Отверстия могут быть смещены относительно вертикальной оси, проходящей через перегородку.

Отверстия могут быть смещены относительно поперечной оси, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускных трубопроводов.

Первый и второй выпускные трубопроводы могут быть параллельными.

Перегородка резонатора может быть перпендикулярна центральной оси первого и второго выпускных трубопроводов.

Перфорации, выполненные на перфорированном участке первого выпускного трубопровода, могут отличаться от перфораций, выполненных на перфорированном участке второго выпускного трубопровода, размером и/или шагом, и/или геометрией.

Предложен способ эксплуатации двухпоточной системы выпуска двигателя, включающий в себя:

протекание выхлопных газов от первого ряда цилиндров двигателя в первый выпускной трубопровод;

протекание выхлопных газов от второго ряда цилиндров двигателя во второй выпускной трубопровод;

протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода в первую расширительную камеру полости, сформированной кожухом резонатора и перегородкой, проходящей через кожух резонатора и разделяющей полость на первую расширительную камеру и вторую расширительную камеру; и

протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру в полости.

Способ может дополнительно включать протекание выхлопных газов между первой и второй расширительными камерами через одно или несколько отверстий в перегородке.

Способ может дополнительно включать протекание выхлопных газов из первого и второго выпускных трубопроводов в окружающую атмосферу ниже по потоку от резонатора.

Протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода может включать в себя протекание выхлопных газов через перфорированный участок первого выпускного трубопровода, заключенный в кожух, а протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода может включать в себя протекание выхлопных газов через перфорированный участок второго выпускного трубопровода, заключенный в кожух.

Участки первого и второго выпускных трубопроводов, проходящие через резонатор, могут быть параллельными.

Предложен резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя, содержащий:

кожух, формирующий полость;

перегородку, содержащую два или более отверстия и разделяющую первую и вторую расширительные камеры;

первый выпускной трубопровод, содержащий вход, подключенный исключительно к первому ряду цилиндров, проходящий через перегородку и кожух, причем первый выпускной трубопровод содержит перфорированный участок, через который выхлопные газы протекают из первого выпускного трубопровода в первую расширительную камеру; и

второй выпускной трубопровод, содержащий вход, подключенный исключительно ко второму ряду цилиндров, проходящий через перегородку и кожух, и содержащий перфорированный участок, через который выхлопные газы протекают из второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру, причем участки первого и второго выпускных трубопроводов, проходящие через перегородку и кожух, являются параллельными.

Отверстия в перегородке резонатора могут быть смещены относительно поперечной оси, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускных трубопроводов.

Перегородка резонатора может быть перпендикулярна центральной оси первого и второго выпускных трубопроводов.

Перфорации, выполненные на перфорированном участке первого выпускного трубопровода, могут отличаться от перфораций, выполненных на перфорированном участке второго выпускного трубопровода, размером и/или шагом, и/или геометрией.

Центральная ось цилиндра первого ряда цилиндров может пересекаться с центральной осью противолежащего цилиндра из второго ряда цилиндров под углом, отличным от прямого.

Таким образом, в этом документе описываются различные примеры систем и подходов. Например, предлагается резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя. Резонатор содержит кожух, образующий полость, и перегородку, проходящую через кожух, и разделяющую первую и вторую расширительные камеры полости, причем перегородка содержит по меньшей мере одно отверстие. Кроме того, резонатор содержит первый и второй выпускные трубопроводы, проходящие через перегородку и кожух, причем каждый из трубопроводов связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров, и содержит перфорированную часть, связанную по текучей среде с полостью, причем каждая перфорированная часть расположена в отдельных расширительных камерах.

Следует понимать, что отверстие в перегородке обеспечивает связь по текучей среде между первой и второй расширительными камерами, что позволяет ослабить заданную частоту или диапазон частот без чрезмерного увеличения противодавления. Отверстие может повысить уровень ослабления частоты по сравнению с резонаторами, сконструированными без отверстия. Следует понимать, что размер отверстия может независимо изменяться для ослабления желаемой частоты или диапазона частот, не увеличивая потерь в системе выпуска.

Это краткое описание введено для представления в упрощенной форме выбора общих идей, которые будут дополнительно описаны в подробном описании, приведенном ниже. Это краткое описание не предназначено для указания ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не должно использоваться для ограничения объема заявленного объекта изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют один или несколько недостатков, указанных в любой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания.

На Фиг. 2 показано схематическое изображение транспортного средства, содержащего систему впуска, двигатель, показанный на Фиг. 1, и двухпоточную систему выпуска.

На Фиг. 3 показана иллюстрация варианта осуществления резонатора, включенного в двухпоточную систему выпуска, показанную на Фиг. 2.

На Фиг. 4 показано поперечное сечение резонатора, показанного на Фиг. 3.

На Фиг. 5 показан способ работы двухпоточной системы выпуска, в которой резонатор используется для ослабления заданных частот.

Осуществление изобретения

Предлагается резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя. Резонатор содержит кожух, образующий полость, и перегородку, проходящую через кожух, и разделяющую первую и вторую расширительные камеры полости. Кроме того, резонатор содержит первый и второй выпускные трубопроводы, проходящие через перегородку, содержащую по меньшей мере одно отверстие и кожух, причем каждый трубопровод связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров и содержит перфорированную часть, связанную по текучей среде с полостью, и каждая перфорированная часть расположена в отдельных расширительных камерах. Дополнительно перегородка может содержать одно или несколько отверстий, связывающих по текучей среде первую и вторую расширительные камеры. Следует понимать, что отверстие(-я) обеспечивает более высокий уровень ослабления звуковых колебаний в резонаторе без чрезмерного увеличения противодавления в системе выпуска. Следует понимать, что размер отверстия(-ий) может быть изменен для того, чтобы, по меньшей мере, частично ослабить желаемую частоту или частотный диапазон, не оказывая значительного влияния на противодавление, создаваемое резонатором. Дополнительно следует понимать, что размещение перфорированных частей трубопроводов в отдельных камерах обеспечивает уменьшение взаимного влияния между трубопроводами, уменьшая тем самым противодавление.

Таким образом, нужные частоты (например, диапазоны частот) могут быть ослаблены, по меньшей мере, частично для обоих потоков выхлопных газов с помощью единственной полости, что уменьшает стоимость изготовления резонатора. Более того, в конструкции, которая использует одну полость, может быть уменьшена стоимость ремонта и замены резонатора по сравнению с конструкцией, в которой используется отдельная полость резонатора для каждого из потоков выхлопных газов. На Фиг. 1 показано схематическое изображение двигателя. На Фиг. 2 показано схематическое изображение транспортного средства, содержащего систему впуска и двухпоточную систему выпуска, соединенные с двигателем, показанным на Фиг. 1. На Фиг. 3 показан пример резонатора, который может быть включен в двухпоточную систему выпуска, показанную на Фиг. 2. На Фиг. 5 показан способ работы системы выпуска.

Рассмотрим Фиг. 1, двигатель внутреннего сгорания 10, содержащий несколько цилиндров, один из которых показан на Фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру сгорания 30 и стенки цилиндра 32 с поршнем 36, который находится в цилиндре и соединен с коленчатым валом 40. Как показано, камера сгорания 30 соединяется с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. Каждый впускной клапан и выпускной клапан могут приводиться в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Альтернативно, один или больше из впускных и выпускных клапанов может приводиться в действие управляемой электромеханическим способом обмоткой клапана и якорем в сборе. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком выпускного кулачка 57.

Кроме того, впускной коллектор 44 показан расположенным между впускным клапаном 52 и воздухозаборным патрубком 42. Топливо подается в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рейку (не показаны). Двигатель 10 на Фиг. 1 имеет такую конструкцию, в которой топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр двигателя, что известно специалистам в данной области техники как прямой впрыск. Рабочий ток в топливную форсунку 66 подается от привода 68, который действует по команде контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан связанным с необязательной дроссельной заслонкой 62 с электроприводом, содержащей пластину 64 дроссельной заслонки. В одном примере может использоваться система прямого впрыска низкого давления, в которой давление топлива поднимается до приблизительно 20-30 бар. В альтернативном варианте может использоваться двухступенчатая топливная система высокого давления для создания более высокого давления топлива. Дополнительно или альтернативно топливо может впрыскиваться через топливную форсунку (не показана) перед впускным клапаном 52, что известно специалистам в данной области техники как впрыск во впускные каналы.

Система зажигания 88 без распределителя подает искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу зажигания 92 в ответ на команду контроллера 12. В выпускном коллекторе 48 показан универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (UEGO). Альтернативно, вместо датчика UEGO 126 может использоваться датчик кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.

В связи по текучей среде с выпускным коллектором 48 могут находиться различные компоненты, например, преобразователь, устройства ослабления звуковых колебаний (то есть резонатор, глушитель) и др. Преобразователь и устройство ослабления звуковых колебаний могут быть включены в двухпоточную систему выпуска. Таким образом, следует понимать, что двигатель 10 может содержать второй выпускной коллектор, соединенный с другой камерой сгорания. Двухпоточная система выпуска более подробно рассматривается в данном описании в отношении Фиг. 2.

Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессор 102, порты ввода/вывода 104, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; сигнал датчика положения 134, подключенного к педали акселератора 130 для считывания силы, прикладываемой ногой 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (АДК) от датчика давления 122, подключенного к впускному коллектору 44; сигнал датчика положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, который считывает положение коленчатого вала 40; измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; и измерение положения дроссельной заслонки от датчика 58. Для обработки контроллером 12 может считываться и барометрическое давление (датчик не показан). В одном предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик положения 118 двигателя за каждый оборот коленчатого вала выдает заданное количество равноотстоящих импульсов, по которому можно определить частоту вращения (ЧВ) двигателя.

При работе каждый цилиндр двигателя 10 обычно совершает четырехтактный цикл: этот цикл включает такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска выпускной клапан 54 обычно закрывается, а впускной клапан 52 открывается. По впускному коллектору 44 в камеру сгорания 30 поступает воздух, и поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличить объем в камере сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится у дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера сгорания 30 пребывает в состоянии своего наибольшего объема), специалистами обычно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра, сжимая воздух в камере сгорания 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода, и ближайшая к головке цилиндра (например, когда камера сгорания 30 пребывает в состоянии своего наименьшего объема), специалистами обычно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, далее по тексту именуемом впрыском, в камеру сгорания подается топливо. В процессе, далее по тексту именуемом зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняется посредством такого известного средства воспламенения, как свеча зажигания 92, приводящим к горению. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 54 для высвобождения сгоревшей топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что вышеприведенное описано просто как пример, и что моменты открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов могут варьировать, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные иные примеры.

На Фиг. 2 показано схематическое изображение транспортного средства 200, содержащего двигатель 10, систему впуска 202 и двухпоточную систему выпуска 204. Следует понимать, что двухпоточная система выпуска содержит два разделенных по текучей среде выпускных трубопровода для направления отработавших газов из двигателя. Как было рассмотрено выше применительно к Фиг. 1, система впуска может содержать дроссельную заслонку 62, впускной коллектор 44 и т.п. Стрелка 205 показывает направление потока воздуха и/или других всасываемых газов в двигатель. Таким образом, система впуска имеет такую конфигурацию, чтобы обеспечивать подачу в двигатель воздуха для сгорания. Следует понимать, что в состав транспортного средства 200 могут входить дополнительные системы, не показанные на Фиг. 2. Например, в других вариантах осуществления могут быть выполнены система повторного сжигания отработанных газов (EGR) и/или система повышения давления (например, нагнетатель, турбокомпрессор).

Как показано, двигатель содержит шесть цилиндров. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления двигатель может содержать альтернативное число цилиндров. Цилиндры разделены на первый ряд 206 цилиндров и второй ряд 208 цилиндров. Кроме того, цилиндры могут быть расположены V-образно, причем центральные оси противолежащих цилиндров пересекаются не под прямым углом. Однако в других вариантах осуществления могут использоваться другие конфигурации цилиндров, например, плоское или рядное расположение цилиндров. Объем двигателя может быть равен 3,7 литра. Однако другие объемы могут использоваться. Цилиндры, включенные в оба ряда цилиндров, могут быть присоединены к двухпоточной системе выпуска 204. Двухпоточная система выпуска содержит первый выпускной трубопровод 210, соединенный с первым рядом цилиндров 206. В частности, первый выпускной трубопровод содержит вход, присоединенный исключительно с первым рядом цилиндров. Аналогично, второй выпускной трубопровод 212 соединен со вторым рядом цилиндров 208 и включен в двухпоточную систему выпуска. В частности, второй выпускной трубопровод содержит вход, присоединенный исключительно со вторым рядом цилиндров. Двухпоточная система выпуска может дополнительно содержать подсистему 214 контроля выбросов, подключенную к первому и второму выпускному трубопроводу. Подсистема контроля выбросов может содержать одно или несколько устройств управления уровнем выбросов, таких как сажевый фильтр, преобразователи и т.п. В одном примере система контроля выбросов может содержать преобразователь, содержащий несколько «кирпичей» нейтрализатора. В другом примере могут использоваться несколько устройств контроля выбросов, каждое с несколькими «кирпичами». Следует понимать, что выпускные трубопроводы (то есть первый выпускной трубопровод 212 и второй выпускной трубопровод 214) могут быть разделены по текучей среде в подсистеме 214 контроля выбросов. Другими словами, смешивание выхлопных газов из первого и второго выпускного трубопровода в подсистеме контроля выбросов может быть заблокировано для обеспечения раздельных потоков выхлопных газов. В двухпоточную систему выпуска могут быть также включены дополнительные компоненты, например глушитель, как перед, так и после резонатора 250.

Как было описано выше, для реализации процесса сгорания необходимо приведение в действие впускного и выпускного клапанов. Вследствие этого в выпускном потоке возникают импульсы высокого давления выхлопных газов, вследствие чего генерируются звуковые волны, распространяющиеся ниже по потоку в двухпоточной системе выпуска. Следует понимать, что частота и амплитуда звуковых волн, генерируемых в потоке выхлопных газов, может зависеть от установки фаз клапанного распределения, момента впрыска топлива, скорости вращения двигателя, объема двигателя и т.п. Может быть желательным уменьшить, а в некоторых случаях исключить, по меньшей мере, часть звуковых волн, генерируемых в двигателе, и распространяющихся через двухпоточную систему выпуска, чтобы уменьшить звуковое загрязнение, создаваемое транспортным средством, и обеспечить водителю более комфортные условия вождения. Для этого в двухпоточную систему выпуска может быть также включен резонатор 250. Резонатор может быть построен так, чтобы ослабить нужную слышимую частоту или диапазон слышимых частот внутри системы выпуска путем гасящей интерференции внутри полости резонатора. Таким образом, могут быть уменьшены шумы, создаваемые двигателем. Резонатор может быть размещен в потоке выхлопных газов на расстоянии 94 дюйма от выпускных клапанов первого ряда цилиндров и на расстоянии 87 дюймов от выпускных клапанов второго ряда цилиндров. Однако в других примерах возможно другое расположение.

На Фиг. 3 показан пример резонатора 250. Резонатор может содержать кожух 302, определяющий полость. Часть кожуха удалена, чтобы были видны компоненты, находящиеся внутри. Однако следует понимать, что кожух может быть в значительной степени герметизирован от окружающей среды (то есть изолирован от давления окружающего воздуха). Резонатор может включать участок 304 первого выпускного трубопровода 210, показанного на Фиг. 2, а также участок 306 второго выпускного трубопровода 212, показанного на Фиг. 2. Участки 304 и 306 проходят через полость. Как показано, центральные оси 402 первого и второго выпускного трубопроводов, показанных на Фиг. 4, в основном параллельны. Однако в других примерах возможны другие ориентации выпускных трубопроводов. Более того, диаметры обоих участков 304 и 306, проходящих через кожух, могут быть в основном одинаковы.

Рассмотрим Фиг. 3, резонатор может дополнительно содержать перегородку 308, разделяющую полость на первую и вторую расширительные камеры, 310 и 312 соответственно. Как показано, передняя и задняя поверхности перегородки являются в основном плоскими. Однако в других примерах, одна или несколько поверхностей могут быть изогнуты. Первая расширительная камера располагается выше по потоку относительно второй расширительной камеры. Однако в других примерах, перегородка может проходить в полости в продольном направлении. Например, в отдельных примерах перегородка может быть расположена параллельно центральным осям первого и/или второго выпускного трубопровода.

Перегородка может содержать одно или несколько отверстий 314, связывающих по текучей среде первую расширительную камеру со второй расширительной камерой. В некоторых примерах отверстия 314 могут быть смещены относительно поперечной оси 315, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускного трубопровода. Дополнительно отверстия 314 могут быть смещены относительно вертикальной оси. Когда отверстия размещены таким образом, структурная целостность резонатора повышается, а стоимость изготовления уменьшается.

Дополнительно первый выпускной трубопровод может содержать перфорированный участок 316, содержащий множество перфораций 317, проходящих через первый выпускной трубопровод, связывающих по текучей среде первый выпускной трубопровод со второй расширительной камерой. Дополнительно, первый выпускной трубопровод содержит неперфорированный участок 318. Аналогично, второй выпускной трубопровод может содержать перфорированный участок 320, содержащий множество перфораций 321, проходящих через второй выпускной трубопровод, связывающих по текучей среде второй выпускной трубопровод с первой расширительной камерой. Дополнительно, второй выпускной трубопровод содержит неперфорированный участок 322. Перфорированные участки располагаются в противоположных расширительных камерах. То есть, перфорированный участок первого выпускного трубопровода может быть расположен во второй расширительной камере, а перфорированный участок второго выпускного трубопровода может быть расположен в первой расширительной камере или visa-versa.

Размер, количество и шаг перфораций на обоих выпускных трубопроводах может быть одинаков. Однако в других примерах, перфорированный участок 316 первого выпускного трубопровода может содержать изменяющееся число перфораций, перфорации различного размера и/или перфорации с различным шагом по сравнению с перфорированным участком 320 второго выпускного трубопровода. Например, в отдельных примерах, перфорации на первом выпускном трубопроводе могут быть асимметричными, а перфорации на втором выпускном трубопроводе могут быть симметричными. Кроме того, в других примерах, перфорации на первом выпускном трубопроводе могут быть больше, чем перфорации на втором выпускном трубопроводе. И, кроме того, на первом выпускном трубопроводе может быть большее количество перфораций, чем на втором выпускном трубопроводе.

Более того, перфорации могут расширяться радиально вокруг каждого участка первого и/или второго выпускных трубопроводов. Другими словами, перфорации могут проходить на полных 360° вокруг участка выпускных трубопроводов, заключенного в кожух резонатора. Другими словами, перфорации могут проходить вокруг всей окружности первого и/или второго выпускных трубопроводов. Однако в других вариантах осуществления, перфорации могут только частично проходить радиально вокруг выпускных трубопроводов. В некоторых примерах перфорации могут проходить в диапазоне 45-180° вокруг одного или обоих трубопроводов. В таком случае перфорации могут быть направлены к наружной стенке кожуха либо могут быть направлены к центру полости, чтобы направить звуковые волны в таком направлении, которое приводит к ослаблению заданной частоты или диапазонов частот, генерируемых двигателем в системе выпуска.

Кожух резонатора и перегородка могут быть изготовлены из любого подходящего материала, такого как сталь, алюминий, полимер и т.п. В частности, может быть использована многослойная конструкция кожуха. Например, между двумя слоями металла может быть расположен изолятор, чтобы обеспечить демпфирование звука. Однако в других примерах, могут использоваться другие конструкции, такие как однослойный металлический кожух.

Для ослабления заданных частот подавления могут регулироваться различные характеристики резонатора. В частности, размер (то есть площадь поверхности, перекрываемая отверстиями) и геометрия отверстий 314 может быть выбрана для обеспечения демпфирования заданной частоты или диапазона частот. Следует понимать, что размеры отверстий могут быть выбраны так, чтобы увеличить производительность транспортного средства и общую характеристику управляемости. В частности, размеры отверстий могут быть выбраны для увеличения крутящего момента двигателя на низких оборотах, а также достижения требуемых акустических характеристик системы выпуска. Желательные акустические характеристики могут содержать высоту звука и уровень звука, создаваемого системой выпуска. Более того, могут быть выбраны размеры отверстий, а также другие геометрические характеристики резонатора для уменьшения шума, вибрации и жесткости (NVH) в системе выпуска. При определении размеров отверстий могут приниматься во внимание различные параметры, такие как вес транспортного средства, передаточные числа коробки передач, передаточное число главной передачи и установка фаз клапанного распределения. В одном варианте осуществления общая площадь поперечного сечения отверстий может быть равна 0,88 кв. дюйма. Однако отверстия другого размера могут быть использованы.

Более того, для демпфирования желаемой частоты или диапазона частот может быть также выбран размер кожуха (например, длина и ширина). И, кроме того, в некоторых примерах для демпфирования желаемой частоты или диапазона частот могут выбираться размеры, геометрия и/или шаг перфораций, нанесенных на первый и/или второй выпускные трубопроводы.

Следует понимать, что геометрия (например, длина, диаметр) расширительных камер может выбираться на основе заданных для ослабления частоты или диапазона частот. Заданные частоты могут быть определены путем оценки ряда характеристик двигателя, таких как момент впрыска топлива, установка фаз клапанного распределения, конструкция системы контроля выбросов (например, размер, геометрия и т.п.), объем двигателя, конструкции выпускного коллектора и т.п.

На Фиг. 4 показано поперечное сечение резонатора, показанного на Фиг. 3. Общая схема потока показана стрелками. Следует понимать, что схема потока в общих чертах показана для принципиального понимания, и схема потока, образующаяся внутри резонатора, характеризуется дополнительной сложностью, которая не показана. Как показано, выхлопные газы могут вытекать из перфорированного участка первого выпускного трубопровода. Аналогично, выхлопные газы могут вытекать из перфорированного участка второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру. Дополнительно выхлопные газы могут протекать между первой и второй расширительными камерами. Размеры, количество и геометрия отверстий 314 в перегородке могут быть выбраны для управления смешиванием выхлопных газов из первого и второго выпускного трубопровода (210 и 212) в резонаторе.

Следует понимать, что системы и компоненты на фигурах изображены схематично из соображений наглядности и ясности, и хотя Фиг. 3 и Фиг. 4 выполнены приблизительно в масштабе, в других вариантах осуществления действительные размеры и геометрия могут отличаться от изображенных.

На Фиг. 5 показан способ 500 работы двухпоточной системы выпуска. Способ 500 может быть реализован при помощи систем и компонентов, описанных выше, либо альтернативно может быть реализован при помощи других подходящих систем и компонентов.

Вначале на этапе 502 способ 500 включает протекание выхлопных газов из первого ряда цилиндров двигателя в первый выпускной трубопровод. Затем на этапе 504 способ включает протекание выхлопных газов из второго ряда цилиндров двигателя во второй выпускной трубопровод.

Затем на этапе 506 способ включает протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода в первую расширительную камеру полости, сформированную кожухом резонатора и перегородкой, проходящей через кожух резонатора. Затем на этапе 508 способ включает протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру полости.

В некоторых примерах протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода включает протекание выхлопных газов через перфорированный участок первого выпускного трубопровода, заключенный в кожух, а протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода включает протекание выхлопных газов через перфорированный участок второго выпускного трубопровода, заключенный в кожух.

Затем на этапе 510 способ включает протекание выхлопных газов между первой и второй расширительными камерами через одно или несколько отверстий в перегородке. В некоторых примерах отверстия могут быть смещены относительно поперечной оси перегородки, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускного трубопровода, как было рассмотрено выше. На этапе 512 способ включает протекание выхлопных газов из первого и второго выпускного трубопровода в окружающую атмосферу ниже по потоку от резонатора.

Системы и способы, описанные здесь, позволяют использовать единственный резонатор для ослабления заданных частот внутри двухпоточной системы выпуска с уменьшением противодавления, создаваемого резонатором, по сравнению с другими резонаторными устройствами, используемыми в двухпоточных системах выпуска, включая системы с двумя раздельными кожухами. Таким способом могут быть улучшены акустические характеристики системы выпуска с одновременным уменьшением потерь в системе выпуска, вследствие чего повышаются характеристики двигателя.

Следует понимать, что конфигурации и/или подходы, описанные здесь, являются в действительности примерами, и что эти частные варианты осуществления или примеры не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку возможны многочисленные вариации. Объект настоящего раскрытия содержит все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных признаков, функций, действий и/или свойств, раскрытых здесь, а также любые или все их эквиваленты.

Изобретение может быть использовано в системах выпуска двигателей внутреннего сгорания. Резонатор (250) для двухпоточной системы выпуска двигателя содержит кожух (302), формирующий полость, перегородку (308), проходящую через кожух (302) и разделяющую первую и вторую расширительные камеры (310), (312) полости. Перегородка (308) содержит по меньшей мере одно отверстие (314). Первый и второй выпускной трубопроводы проходят через перегородку (308) и кожух (302). Каждый трубопровод связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров и содержит перфорированный участок. Перфорированные участки (316), (318) обоих трубопроводов расположены в различных отдельных расширительных камерах (312), (310). Раскрыты вариант выполнения резонатора для двухпоточной системы выпуска двигателя и способ эксплуатации двухпоточной системы выпуска двигателя. Технический результат заключается в ослаблении частот внутри двухпоточной системы выпуска и в уменьшении противодавления, создаваемого резонатором. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя, содержащий:
кожух, формирующий полость;
перегородку, проходящую через кожух и разделяющую первую и вторую расширительные камеры полости, причем перегородка содержит по меньшей мере одно отверстие; и
первый и второй выпускной трубопроводы, проходящие через перегородку и кожух, причем каждый трубопровод связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров и содержит перфорированный участок, причем перфорированные участки обоих трубопроводов расположены в различных отдельных расширительных камерах.

2. Резонатор по п. 1, в котором перегородка содержит два или более отверстий.

3. Резонатор по п. 2, в котором отверстия смещены относительно вертикальной оси, проходящей через перегородку.

4. Резонатор по п. 2, в котором отверстия смещены относительно поперечной оси, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускных трубопроводов.

5. Резонатор по п. 1, в котором первый и второй выпускные трубопроводы являются параллельными.

6. Резонатор по п. 5, в котором перегородка перпендикулярна центральной оси первого и второго выпускных трубопроводов.

7. Резонатор по п. 1, в котором перфорации, выполненные на перфорированном участке первого выпускного трубопровода, отличаются от перфораций, выполненных на перфорированном участке второго выпускного трубопровода, размером и/или шагом, и/или геометрией.

8. Способ эксплуатации двухпоточной системы выпуска двигателя, в котором:
обеспечивают протекание выхлопных газов от первого ряда цилиндров двигателя в первый выпускной трубопровод;
обеспечивают протекание выхлопных газов от второго ряда цилиндров двигателя во второй выпускной трубопровод;
обеспечивают протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода в первую расширительную камеру полости, сформированной кожухом резонатора и перегородкой, проходящей через кожух резонатора и разделяющей полость на первую расширительную камеру и вторую расширительную камеру; и
обеспечивают протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру в полости.

9. Способ по п. 8, в котором дополнительно обеспечивают протекание выхлопных газов между первой и второй расширительными камерами через одно или несколько отверстий в перегородке.

10. Способ по п. 8, в котором дополнительно обеспечивают протекание выхлопных газов из первого и второго выпускного трубопровода в окружающую атмосферу ниже по потоку от резонатора.

11. Способ по п. 8, в котором протекание выхлопных газов из первого выпускного трубопровода включает протекание выхлопных газов через перфорированный участок первого выпускного трубопровода, заключенный в кожух, и протекание выхлопных газов из второго выпускного трубопровода включает протекание выхлопных газов через перфорированный участок второго выпускного трубопровода, заключенный в кожух.

12. Способ по п. 8, в котором участки первого и второго выпускных трубопроводов, проходящие через резонатор, являются параллельными.

13. Способ по п. 8, в котором перегородка перпендикулярна центральной оси первого или второго выпускных трубопроводов.

14. Резонатор для двухпоточной системы выпуска двигателя, содержащий:
кожух, формирующий полость;
перегородку, содержащую два или более отверстия и разделяющую первую и вторую расширительные камеры;
первый выпускной трубопровод, содержащий вход, подключенный исключительно к первому ряду цилиндров, проходящий через перегородку и кожух, причем первый выпускной трубопровод содержит перфорированный участок, через который выхлопные газы протекают из первого выпускного трубопровода в первую расширительную камеру; и
второй выпускной трубопровод, содержащий вход, подключенный исключительно ко второму ряду цилиндров, проходящий через перегородку и кожух, и содержащий перфорированный участок, через который выхлопные газы протекают из второго выпускного трубопровода во вторую расширительную камеру, причем участки первого и второго выпускных трубопроводов, проходящие через перегородку и кожух, являются параллельными.

15. Резонатор по п. 14, в котором отверстия смещены относительно поперечной оси, перпендикулярной центральным осям первого и второго выпускных трубопроводов.

16. Резонатор по п. 14, в котором перегородка перпендикулярна центральной оси первого и второго выпускных трубопроводов.

17. Резонатор по п. 14, в котором перфорации, выполненные на перфорированном участке первого выпускного трубопровода, отличаются от перфораций, выполненных на перфорированном участке второго выпускного трубопровода, размером и/или шагом, и/или геометрией.

18. Резонатор по п. 14, в котором центральная ось цилиндра первого ряда цилиндров пересекается с центральной осью противолежащего цилиндра из второго ряда цилиндров под углом, отличным от прямого.