Воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности, устройства воздухоочистителей. Сущность изобретения: воздухоочиститель содержит цилиндрический корпус 1 впусным окном 2. В днище, соосно корпусу 16 выполнено выпускное окно 3. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 4, включающий обечайку 5 и дугообразный дефлектор 6, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса 1 канал 7. Новым является то, что канал 7 по всей своей длине образован сплошной стенкой корпуса 1, а его динамические срезы 8 и 9 расположены на угловом расстоянии друг от друга 45 град. Дефлектор 6 может быть образован в виде сплошного фрагмента обечайки 5. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, в частности к устройствам воздухоочистителей снабженных элементами шумоглушения.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) (а. с. СССР N 1042393, кл. F 02 M 35/02, БИ 13 от 07.04.84), содержащий корпус, выполненный в виде кругового цилиндра, и днища, в котором выполнено выпускное окно (отверстие под карбюратор), смещенное относительно геометрического центра днища корпуса, а также крышку корпуса, фильтрующий элемент и смонтированный на корпусе воздухозаборный патрубок.

При работе ДВС, в момент открытия/закрытия впускных клапанов и в самом процессе изменения объемов цилиндров, возникает переменная составляющая объемного расхода воздуха, что приводит к раскачке воздушных объемов, заключенных в отдельных элементах труб и объемов системы впуска. Воздушные объемы в отдельных элементах системы впуска имеют определенные частотные характеристики и в конечном итоге определяют звуковое излучение, производимое непосредственно наружным срезом воздухозаборного патрубка. В частности, эффективной "раскачке" подвергается объем воздуха, заключенный в камере воздухоочистителя, на низших собственных тангенциальной и радиальной формах колебаний, звуковая энергия которых непосредственно излучается наружным срезом воздухозаборного патрубка в окружающую среду, что ухудшает акустические качества двигателя и автомобилям в целом.

В патенте ФРГ N 1083594, кл. 46с2 49, 1958 г. описан воздухоочиститель для ДВС, содержащий корпус, выполненный в виде кругового цилиндра и днища, причем в последнем, соосно корпусу выполнено отверстие под карбюратор. При соосном размещении отверстия под карбюратор с корпусом воздухоочистителя исключается возбуждение тангенциальных форм колебаний объема воздуха, заключенного в камере воздухоочистителя. Однако возбуждаются (по уже названной причине) и свободно передаются в окружающую среду низшие собственные радиальные формы, что является отрицательным фактором в смысле акустических качеств воздухоочистителя.

Прототипом является воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно корпусу выполнено выпускное окно, смонтированный на корпусе воздухозаборный патрубок, имеющий впускную и присоединительную части, крышку корпуса и фильтрующий элемент. В описанном воздухоочистителе, с целью повышения эффективности шумоглушения, присоединительная часть воздухозаборного патрубка снабжена перегородкой, связанной с дугообразным дефлектором, расположенным между корпусом и фильтрующим элементом и образующим со стенками цилиндрического корпуса два разветвляющихся канала, причем длины каналов составляют соответственно 0,2D и 0,6D, где D - диаметр корпуса.

Здесь эффективно решается задача исключения передачи в окружающую среду звуковой энергии, возбуждаемой низшими тангенциальными собственными формами (за счет определенным образом выполненного дефлектора) и исключения возбуждения в камере воздухоочистителя низшей собственной ( и более высокого порядка) радиальной формы, за счет соосного с корпусом размещения отверстия под карбюратор.

В качестве критики можно отметить следующее.

Для быстроходных двигателей большого литража с высоким объемным расходом газа (воздуха) через систему впуска и, в частности, воздухоочиститель, наличие дефлектора на его входе может вызвать значительное повышение гидравлического сопротивления впускного тракта, что неизбежно ведет к ухудшению мощностных, экономических и токсических показателей двигателя.

Затеняется часть (частично выключена из работы) фильтрующего элемента, "прикрытая" дефлектором и расположенная напротив присоединительной части воздухозаборногот патрубка, через который в полость воздухоочистителя подается неочищенный воздух. В конечном итоге это уменьшает рабочий ресурс фильтрующего элемента.

При несоосном расположении фильтрующего элемента в корпусе воздухоочистителя, строго определенное месторасположение дефлектора относительно присоединительной части воздухозаборного патрубка по условиях компоновки может усложнить, или сделать невозможным монтаж дефлектора. Это ограничивает область применения.

Можно отметить и то, что вариант выполнения перегородки и дефлектора в виде неравнобедренной треугольной призмы, конструктивно является достаточно сложным. Кроме того длина дефлектора сравнительно велика.

Цель изобретения - увеличение ресурса к области применения, снижения гидравлических сопротивлений и упрощение конструкции, при сохранении высоких акустических качеств.

Техническая задача решается путем оптимизация конструкции дефлектора и его месторасположения.

Цель достигается тем, что в известном воздухоочистителе для двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно корпусу выполнено выпускное окно, установленные внутри корпуса фильтрующий элемент и дугообразный дефлектор, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса канал, последний по всей своей длине образован сплошной цилиндрической поверхностью корпуса, при этом динамические срезы канала отстоят друг от друга на угловой длине 45^о.

При таком конструктивном исполнении дефлектор располагается вне зоны впускного окна и не привязан к нему геометрически, что уменьшает гидравлическое сопротивление впускного тракта, допускает размещение дефлектора в значительном диапазоне (кроме зоны впускного окна), что значительно расширяет компоновочные возможности. Размеры дефлектора при этом меньше, чем в прототипе, а конструкция его упрощается.

Конструкция воздухоочистителя еще более упростится, если дефлектор выполнить в виде сплошного участка обечайки фильтрующего элемента (которая в реальной конструкции прототипа выполнена перфорированной по всей своей длине). Т. е. в этом случае дефлектор выполняется в виде части штатного элемента воздухоочистителя. Такой подход позволяет сохранить штатную номенклатуру деталей воздухоочистителя (т. е. исключить дополнительный элемент) в сравнении с базовым объектом, которым является воздухоочиститель автомобиля ВАЗ любой модели.

Все эти конструктивные преобразования полностью сохраняют акустическую эффективность прототипа, доказательства чего подробно приводятся ниже.

На фиг. 1 схематично показан предлагаемый воздухоочиститель; на фиг. 2 - канал, образованный дефлектором и сплошным участком цилиндрической стенки корпуса; на фиг. 3 - эпюра распределения звуковых давлений в канале по гармоническому закону; на фиг. 4 - вариант конструктивного исполнения воздухоочистителя, в котором дефлектор образован сплошным участком перфорированной обечайки фильтрующего элемента; на фиг. 5 - направление движения падающих и отраженных волн в камере воздухоочистителя.

Воздухоочиститель (см. фиг. 1,4) содержит цилиндрический корпус 1 с впускным окном 2. В днище, соосно корпусу 1 выполнено выпускное окно 3. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 4, включающий обечайку 5 и дугообразный дефлектор 6, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса 1 канал 7. Динамические срезы 8 и 9 канала 7 расположены на угловом расстоянии друг от друга 45^оС.

Обозначения принятые на чертежах: на фиг. 2 l - линейная длина канала, м; на фиг. 3 Р - давление, Т - период, с; на фиг. 5 R - радиус цилиндра корпуса, м.

Дополнительно на фиг. 1 показан воздухозаборный патрубок 10 с входным срезом 11.

Работает воздухоочислитель обычным образом.

За счет разрежения, создающегося в цилиндрах двигателя, воздух из внешней среды через срез 11 патрубка 10 и впускное окно 2 поступает во внутреннюю полость корпуса 1, просачивается через фильтрующий элемент 4 и очищенный таким образом, через выпускное окно 3 поступает в смесеобразующее устройство (не показано).

Воздушный объем, заключенный в полости воздухоочистителя, можно рассматривать как распределенную (по этому объему) массу, имеющую определенные упругие, инерционные и диссипативные характеристики. Подвод возбуждения к этой массе осуществляется как через выпускное окно 3, так и через впускное окно 2, соединенное с воздухозаборным патрубком 10. Вследствие вызванного возбуждения воздушный объем, заполняющий воздухоочиститель, начинает совершать колебания на своих собственных частотах, что усиливает раскачку на этих частотах воздушного столба, заключенного в патрубке 10, а это увеличивает интенсивность звукового излучения, производимого его срезом 11 в окружающую среду. Наиболее интенсивным являются колебаний воздушного столба в корпусе 1 воздухоочистителя на низших тангенциальных и радиальных формах колебаний, которые характеризуются ярко выраженными максимумами (пучностями) и минимумами (узлами).

Уже было отмечено, что выпускное окно 3 расположено в узле колебаний низших собственных тангенциальных форм (поскольку центр окна 3 совпадает с вертикальной осью корпуса 1), следовательно возбуждения на этой собственной резонансной форме колебаний не происходит. Но одновременное расположение выпускного окна 3 (источника возбуждения) в пучности низшей собственной радиальной формы колебаний с частотой колебания f = 1,22 с/D , с^-1, где с - скорость звука, м/с, D - диаметр цилиндра корпуса, м, ведет к наиболее интенсивной ее раскачке.

Соответственно длина волны этой радиальной формы колебаний λ составляет λ = = , м, = , мм.

Для подавления, или значительного ослабления, излучения звука на этой возбужденной и передающейся в воздухозаборный патрубок 10 собственной резонансной форме, амплитудные и фазовые характеристики которой изменяются по радиусу и не зависят от угловой координаты, внутри корпуса 1 установлен дефлектор 6, образующий с частью корпуса 1 канал 7, который посредством своих динамических срезов 8 и 9 сообщается с объемом корпуса 1 воздухоочистителя, в котором находится эта возбужденная форма собственных резонансных колебаний.

Резонансные колебания являются результатом распространения симметричных цилиндрических волн от выпускного окна 3 к стенкам камеры и обратно, и сложения их в объеме камеры. Период этих колебаний T = = · Отражение волн от стенки, фиг. 5, происходит в фазе с падающей волной Р_отр = Р_пад Зависимость колебаний давления в отраженной волне у стенки меняется по гармоническому закону, фиг. 3.

Импульсы давления, возбуждаемые падающей волной у срезов 8 и 9 дефлектора 6, распространяются к противоположным концам дефлектора 6 со скоростью c. Выходящий из дефлектора 6 импульс складывается с отраженной волной. Если время τ₁, через которое импульс проходит дефлектор 6 равно 1/2Т, то положительный импульс складывается с отрицательным давлением в волне и компенсирует ее.

Величина τ₁ определяется из соотношения τ₁=
Для того, чтобы
τ₁ = 1/2·T необходимо
· · отсюда
l = D = R Угол, который образует дефлектор 6
ϕ = = = 0,82рад ≈ 45°
Таким образом, в сравнении с прототипом достигается упрощение конструкции и увеличение области ее применения, поскольку дефлектор стал меньших размеров и его месторасположение жестко не привязано к координатам впускного окна 2. Размещение дефлектора вне зоны впускного окна 2 позволяет уменьшить гидравлические сопротивления впускного тракта ДВС и одновременно увеличить ресурс фильтрующего элемента 4. Таким образом, поставленная в изобретении цель достигнута. (56) Авторское свидетельство СССР N 1377438, кл. F 02 M 35/14, 1988.

Формула изобретения

1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно с корпусом выполнено выпускное окно, причем внутри корпуса установлены фильтрующий элемент с обечайкой и дефлектор, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса дугообразный канал, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения ресурса путем снижения гидравлических сопротивлений, динамические срезы канала расположены один относительно другого на угловой длине 45^o.

2. Воздухоочиститель по п. 1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде сплошного участка обечайки фильтрующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5