Устройство для впуска воздуха в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства

 

Использование: при создании транспортных средств, например автомобилей, с низким шумовым излучением в окружающую среду. Сущность изобретения: устройство содержит воздухоочистетель 1, воздухозаборный патрубок 2 и систему четвертьволновых резонаторов. Система выполнена в виде воздуховода 3, подключенного к полости воздухоочистителя 1 и снабженного регуляторами 4 - 12 его длины. Регуляторы выполнены в виде поворотных заслонок, полностью перекрывающих сечение воздуховода 3 в крайних своих положениях. Этим достигается образование тупикового резонатора. При подключении к полости воздухоочистителя 1 замкнутого участка воздуховода (тупикового резонатора) 3 в полости резонатора возникают резонансные колебания. Эти колебания сопровождаются усиленным отсосом газа из полости 1. Соответственно уменьшается излучение звука выходным срезом воздухозаборного патрубка 2 в окружающую среду. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к транспорту, а именно к созданию транспортных средств, например автомобилей, с низким шумовым излучением в окружающую среду.

Наиболее близким из известных решений является устройство для впуска воздуха в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства, содержащее воздухоочиститель, соединенный с ним воздухозаборный патрубок, привод и систему четвертьволновых резонаторов.

Недостатком указанного устройства является недостаточная эффективность гашения шума пульсаций газовоздушной смеси во впускном тракте двигателя внутреннего сгорания, что отрицательно влияет на шумовые и гидродинамические показатели.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства на отдельных участках или во всем скоростном диапазоне работы двигателя путем обеспечения гашения шумовых излучений в окружающую среду.

Это достигается тем, что в известном устройстве для впуска воздуха в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства, содержащем воздухоочиститель, соединенный с ним воздухозаборный патрубок, привод и систему четвертьволновых резонаторов, система четвертьволновых резонаторов выполнена в виде воздуховода, подключенного к полости воздухоочистителя и снабженного по меньшей мере двумя регуляторами его длины, при этом длины регулируемых участков воздуховода определяют из выражения l = , где τ - коэффициент тактности двигателя (для двухтактного двигателя τ = 1, для четырехтактного двигателя τ = 2); i - число цилиндров двигателя; с - скорость звука, м/с; n - число оборотов двигателя.

Кроме того, регуляторы кинематически связаны с исполнительным механизмом привода, управляемого бортовым компьютером, и выполнены в виде поворотных заслонок. При этом привод выполнен в виде серводвигателя, а воздуховод выполнен в виде замкнутой на корпусе воздухоочистителя петли, причем один из регуляторов расположен на равных расстояниях от точек подключения петли к полости воздухоочистителя.

На фиг. 1 показана схема устройства для впуска воздуха; на фиг.2 - схема динамики процессов, происходящих при работе устройства; на фиг.3 - принципиальная схема работы устройства.

Устройство содержит воздухоочиститель 1, воздухозаборный патрубок 2 и систему четвертьволновых резонаторов, которая выполнена в виде воздуховода 3, подключенного к полости воздухоочистителя 1 и снабженного регуляторами 4. ..12 его длины. В воздухоочистителе 1 выполнено выходное окно 13 и установлен фильтрующий элемент 14.

Регуляторы 4...12 кинематически связаны с исполнительным механизмом 15 привода 16, который управляется бортовым компьютером, который отслеживает параметры одной из систем (например, системы зажигания 17) через коммутатор 18 импульсов зажигания и микропроцессор 19. Регуляторы 4...12 могут быть выполнены в виде поворотных заслонок, золотников и пр., полностью перекрывающих сечение воздуховода 3 в крайних своих положениях, чем достигается образование определенным образом настроенного четвертьволнового тупикового резонатора, подключенного к полости воздухоочистителя 1. Привод 16 может быть выполнен в виде серво- или шагового двигателя. Воздуховод 3 может быть выполнен в виде замкнутой на корпусе воздухоочистителя 12 петли, при этом регулятор-заслонка 6 расположена на равных расстояниях от точек"А" и "Б" подключения петли к полости воздухоочистителя 1. Схематично показана впускная труба 20 двигателя и один из его поршней 21.

Устройство работает следующим образом.

Возвратно-поступательное перемещение поршня 21 создает во впускной трубе 20 колебания газа, которые через выходное окно 13, передаются в полость воздухоочистителя 1. За счет этих колебаний газ в камере воздухоочистителя периодически сжимается, плотность его повышается и количество газа в объеме камеры воздухоочистителя 1 увеличивается. При этом часть газа, вошедшая в полость воздухоочистителя, расходуется на увеличение количества газа в его камере, а часть поступает в воздухозаборный патрубок 2. Переменное поступление газа в патрубок 2 создает в нем колебания скорости газа. Эти колебания вызывают излучение звука (показано стрелками) выходным срезом патрубка 2 в окружающую среду. При подключении к полости воздухоочистителя 1 замкнутого участка воздуховода (тупикового резонатора) 3, длина которого соответствует 1/4 длины волны колебаний возбуждаемого (излучаемого) в патрубке 2 звука, в полости резонатора возникают резонансные колебания. Эти колебания сопровождаются сильным сжатием газа в резонаторе и усиленным отсосом газа из камеры воздухоочистителя 1. При этом количество пульсирующего газа, поступающего в воздухозаборный патрубок 2, значительно уменьшается и соответственно уменьшается излучение звука выходным срезом воздухозаборного патрубка 2 в окружающую среду.

В общем виде длина регулируемого участка воздуховода 3 (тупикового резонатора) определяется по формуле l = , (1) где с - скорость звука, м/с; f₄ - частота импульса, с^-1.

Здесь частота импульса f_и= , (2) где n - обороты двигателя, мин^-1, i - число цилиндров; τ - коэффициент тактности (τ = 2 или для 4-х тактных ДВС и τ = 1 для 2-х тактных ДВС)
После подставки (2) в (1) получают
l = , (3)
Из формулы (3) видно, что для различных оборотов n необходимо устанавливать определенную длину регулируемого участка воздуховода. Число оборотов двигателя заложено в память бортового компьютера который отслеживает их в одной из систем, например отслеживает число импульсов зажигания, пропорциональное числу оборотов двигателя, и при достижении данного числа оборотов двигателя дает соответствующую команду исполнительному механизму 15 привода 16, включая определенным образом те или иные четвертьволновые резонаторы, образованные в воздуховоде 3 регуляторами 4-12, выполненными в виде заслонок, золотников, клапанов и т.п.

Таким образом, число применяемых регуляторов 4-12 достигается, исходя из достижения необходимого эффекта улучшения шума в заданном скоростном диапазоне работы двигателя.

Данное устройство представлено со сдвоенными, одинаково настроенными четвертьволновыми тупиковыми резонаторами, что делает его более эффективным за счет осуществления отсоса в резонаторы из камеры воздухоочистителя 1 с двух ее противоположных сторон и увеличения производительности отсоса. В этом случае на режиме, близком к режиму максимального крутящего момента, закрыта заслонка (регулятор) 8, которая находится в центре воздуховода 3 между точками "А" и "Б". Этот режим, во-первых, характеризуется повышенным шумообразованием на впуске (режимы максимального коэффициента наполнения двигателя), а также необходимостью обеспечения максимальных значений эффективного момента двигателя и минимального удельного расхода топлива. В связи с этим очень важно "успокоить" пульсации газа в камере воздухоочистителя 1 и тем самым увеличить объемный расход всасываемого в двигатель воздуха (вследствие уменьшения гидросопротивлений процесса со сглаженными пульсациями) и уменьшить возбуждение воздушного столба, заключенного в воздухозаборном патрубке 2 и т.о. излучаемого шума его свободным срезом в окружающую среду.

И именно, начиная с этих режимов, вплоть до максимальных оборотов двигателя, подключаются два параллельных четвертьволновых тупиковых резонаторов, эффективно сглаживающих эти пульсации. При достижении максимальных оборотов по команде компьютера перекрываются регуляторы 4 и 12.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВПУСКА ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее воздухоочиститель, соединенный с ним воздухозаборный патрубок, привод и систему четвертьволновых резонаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства на отдельных участках или во всем скоростном диапазоне работы двигателя путем обеспечения гашения шумовых излучений в окружающую среду, в нем система четвертьволновых резонаторов выполнена в виде воздуховода, соединенного с полостью воздухоочистителя и снабженного по меньшей мере двумя регуляторами его длины, при этом длины регулируемых участков воздуховода определяют из выражения

где τ - коэффициент тактности двигателя (для 2-х тактного двигателя t = 1, для 4-х тактного двигателя t = 2);
i - число цилиндров двигателя;
c - скорость звука, м/с;
n - число оборотов двигателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регуляторы кинематически связаны с исполнительным механизмом привода, управляемого бортовым компьютером.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что регуляторы выполнены в виде поворотных заслонок.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что привод выполнен в виде серводвигателя.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что воздуховод выполнен в виде замкнутой на корпусе воздухоочистителя петли, при этом один из регуляторов расположен на равных расстояниях от точек подключения петли к полости воздухоочистителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3