Впускное устройство для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания, преимущественно автомобильным с впрыском топлива в цилиндры. Впускное устройство 1 содержит емкость с впускным патрубком 3 и отдельными впускными трубками 4 - 7, которые сообщаются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами двигателя. Патрубок 3 снабжен воздухопроводящим устройством 8, образующим в полости емкости канал, длина которого ограничена плоскостью Х-Х, проходящей между средними впускными трубками 5 и 6. Устройство 8 выполнено или в виде отдельной трубки из искусственного материала или цельно с емкостью. 6 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры.

Одной из наиболее важных проблем, возникающих при проектировании впускных устройств для двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) является обеспечение низких уровней шума в процессе наполнения цилиндров, вызванных возникновением газодинамических пульсаций в системе впуска вследствие перепада давлений в цилиндрах двигателя и в зоне свободного среза воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в момент открытия и закрытия впускных клапанов. Возникающие газодинамические пульсации во впускном устройстве ДВС не только оказывают отрицательное влияние на окружающую среду в виде излучаемого шума впуска, но и неблагоприятно влияют на процессы наполнения цилиндров, вызывая образование резонансных стоячих волн в отдельных элементах системы впуска и, в первую очередь, во впускных трубах впускного коллектора, что в свою очередь, вызывает увеличение гидравлических сопротивлений, ухудшение степени наполнения и неравномерности наполнения отдельных цилиндров двигателя. Это, в свою очередь, ухудшает мощностные, экономические и токсические показатели ДВС.

Известны устройства улучшения акустических характеристик и снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС и соответственно улучшения их мощностных, экономических и экологических показателей, в которых используются дополнительные расширительные или резонансные камеры, подключенные как параллельно, так и последовательно к впускному тракту, электронные системы формирования искусственных противофазных сигналов для компенсации реальных сигналов пульсаций и шума, дополнительные управляемые воздуховоды и камеры с изменяемым объемом, разветвленные газоводы с фазоуправляемыми диффузорными секциями. Известно и применение газосборных ресиверов (расширительных камер увеличенного объема), в которых происходит эффективное сглаживание амплитуд газовых пульсаций.

Известно впускное устройство для двигателя внутреннего сгорания, содержащее емкость, один впускной патрубок и несколько отдельных впускных трубок, которые сообщают с головкой цилиндров двигателя и отдельными цилиндрами (DE, заявка 1941875, F 02 M 35/10, 1975).

Однако, использование во впускном устройстве одной только емкости (газосборного ресивера) даже значительного объема не обеспечивает требуемой эффективности подавления пульсаций газа и шума во всем эксплуатационном диапазоне оборотов и нагрузок, а способно лишь подавить или несколько скорректировать наиболее ярко выраженные "акустические дефекты" впускного устройства на отдельных рабочих режимах двигателя.

Задачей изобретения является повышение эффективности впускного устройства для ДВС в широком скоростном и нагрузочном диапазоне работы ДВС.

Сущность изобретения заключается в том, что во впускном устройстве для двигателя внутреннего сгорания, содержащем емкость, один впускной патрубок и несколько отдельных впускных трубок, которые сообщаются с головкой цилиндров двигателя и отдельными цилиндрами, впускной патрубок снабжен воздухопроводящим устройством, которое проходит до проходящей между средними впускными трубками плоскости X-X.

Воздухопроводящее устройство может быть выполнено цельно с емкостью, его внутренняя стенка располагается на расстоянии относительно отверстий впускных трубок.

Воздухопроводящее устройство может быть выполнено в виде трубки из искусственного материала, соединенной с впускным патрубком посредством крепления для аксиального удержания и которая своим свободным концом входит, не касаясь стенок емкости, во внутреннее пространство.

Крепление состоит из пружинящего кольца, фиксирующегося в кольцевой канавке трубки и сообщающегося с кольцевой проточкой во впускном патрубке.

Трубка из искусственного материала имеет в месте приема пружинящего кольца в кольцевой канавке утолщение материала, которое при нагревании трубки деформируется пружинящим кольцом, радиально расширяясь, и прижимается к образующей кольцевой проточки.

Подогнанный к впускному патрубку участок A трубки имеет фиксатор поворота, который состоит из выдавленной наружу кромки, проходящей в аксиальном направлении трубки, кромка располагается в аксиальном фиксаторе поворота впускного патрубка.

Подогнанный участок A трубки имеет коническую установочную часть с фиксирующей кольцевой канавкой, которая расширена наружу и пересекается выдавленной наружу кромкой в аксиальном направлении трубки, которая (кромка) сообщается с аксиальным фиксатором поворота и находится во впускном патрубке.

На фиг. 1 показано впускное устройство ДВС, воздухопроводящее устройство которого выполнено цельно с емкостью; на фиг. 2 - впускное устройство ДВС, воздухопроводящее устройство которого выполнено в виде трубки; на фиг. 3 - увеличенный фрагмент I на фиг. 2, показана кольцевая проточка, кольцевая канавка и пружинящее кольцо в состоянии предварительного напряжения кольцевой канавки; на фиг. 4 - фрагмент I на фиг. 2 (в состоянии расслабления кольцевой канавки); на фиг. 5 - вариант исполнения трубки с аксиальной ее фиксацией и с фиксацией от проворота во впускном патрубке; на фиг. 6 - увеличенный фрагмент II на фиг. 5 (места установки трубки); на фиг. 7 - сечение VII-VII на фиг. 5; на фиг. 8 - емкость с установленной во впускном патрубке трубкой; на фиг 9 - сечение IX-IX на фиг. 8; Впускное устройство 1 двигателя внутреннего сгорания состоит из емкости (ресивера) 2 с одним впускным патрубком 3 и несколькими отдельными впускными трубками 4, 5, 6 и 7, которые сообщаются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами ДВС, и воздухопроводящего устройства 8.

Воздухопроводящее устройство 8 (фиг. 1) выполнено цельно с емкостью 2, его внутренняя (направляющая) стенка 9 отлита на патрубке 3. Стенка 9 проходит во внутреннее пространство 10 емкости 2 до плоскости X-X между средними трубками 5, 6.

Внутренняя стенка 9 образует с наружной стенкой 2a емкости 2 канал и располагается на расстоянии относительно впускных отверстий 6a и 7a трубок 6 и 7, при этом становится возможным беспрепятственный подвод воздуха (см. стрелки на фиг.1) в цилиндры двигателя.

В другом варианте исполнения (фиг. 2-4) воздухопроводящее устройство 8 выполнено в виде трубки 11 из искусственного (полимерного) материала, которая закреплена во впускном патрубке 3 емкости 2 посредством крепления 12 для аксиального удержания. Трубка 11 своим свободным концом входит, не касаясь стенок емкости, во внутреннее пространство 10 емкости и проходит до плоскости X-X между средними трубками 5, 6. Крепление 12 состоит из пружинящего (упругого) кольца 13, фиксирующегося в кольцевой канавке 14 трубки 11 и сообщающегося с кольцевой проточкой 15, выполненной во впускном патрубке 3.

Трубка 11 в месте приема пружинящего кольца 13 в канавке 14 имеет утолщение материала, которое при нагревании трубки 11 деформируется кольцом 13, радиально расширяясь, и прижимается к образующей кольцевой проточки 15. (Т. е. посредством радиальной силы напряжения кольца 13 канавка 14 прилегающе вформовывается в проточку 15).

Плоская опора трубки 11, находящаяся в патрубке 3, проходит по внутренним поверхностям 16 и 17 стенки патрубка 3, прилегающим к обеим сторонам проточки 15.

При пуске и работе двигателя воздух засасывается из атмосферы через патрубок 3 и трубку 11 во внутреннее пространство 10 емкости 2 и далее через трубки 4, 5, 6 и 7 поступает к впускным клапанам и затем в цилиндры двигателя. Движущийся при этом воздух охлаждает участок трубки, причем воздух обтекает поверхности 16 и 17 и кольцевую проточку 15, вследствие чего не происходит температурной деформации материала стенки трубки 11, несмотря на то, что температура стенки емкости 2 высокая. После остановки двигателя повышается температура стенки емкости 2, а также поверхностей 16 и 17 из-за переноса тепла от других более разогретых, чем емкость 2, деталей двигателя, например выхлопного коллектора, трубки вентиляции картера. Перенос тепла от стенки емкости 2 в находящийся в ней воздух - несущественный, так как отсутствует движение воздуха ввиду того, что двигатель не работает.

При этих условиях размягчается материал стенки трубки 11 в местах контакта со стенкой впускного патрубка 3, вследствие чего уменьшается радиальная сила в этих местах, посредством которой удерживается трубка 11 в патрубке 3 емкости 2. Одновременно формируется кольцо 13, создающее радиальную силу и вставленное в канавку 14, которая подводится затем к проточке 15 и принимает форму согласно фиг.4.

После охлаждения двигателя материал стенки трубки 11 затвердевает, но действие радиальной силы между основанием проточки 15 и наружной поверхностью канавки 14 продолжает обеспечиваться посредством кольца 13. Циклы разогрева и охлаждения стенки трубки 11 не уменьшают радиальную силу между внутренней стенкой патрубка 3 и трубкой 11, которая прилегает к поверхностям 16 и 17 внутренней стенки, потому что кольцо 13 будет всегда прижимать деформированную канавку 14 к проточке 15. Кроме того, надежное крепление трубки 11 в патрубке 3 емкости 2 усиливается в аксиальном направлении из-за выполнения канавки 14 с большим диаметром.

По другому исполнению (фиг. 5-9) воздухопроводящее устройство выполнено в виде трубки 11, которая установлена в патрубке 3, как в варианте исполнения по фиг. 2, и фиксируется, прижимаясь в аксиальном направлении посредством запрессовки.

Подогнанный к впускному патрубку 1 участок A трубки 11 имеет коническую установочную часть 20, цилиндрическую часть 21 для запрессовки и расширяющуюся наружу фиксирующую кольцевую канавку 22, предохраняющую от аксиального смещения. В стенке трубки 11 выполнена выдавленная наружу кромка 23, которая пересекается с канавкой 22 в аксиальном направлении трубки.

Перед установкой трубки 11 в патрубке 3 поверхность кромки 23 находится на одинаковом расстоянии относительно внутренней поверхности цилиндрического патрубка 3, имеющего радиус R. После установки с усилием трубки 11 (фиг. 8 и 9) внутренняя цилиндрическая поверхность патрубка 3 имеет в районе запрессовки радиус <R и уменьшается радиус трубки 11 на R₁ (фиг. 9). Выравнивание динамического удлинения на периметре происходит при этом в участке кромки 23, которая затем принимает выпуклую форму с радиусом R₂.

В стенке емкости 2 патрубка 3 выполняется фиксатор 15a (проточка для приема кромки 23 после установки трубки 11 в патрубок 3. В связи с тем, что возникает самая большая сила при установке трубки 11 в патрубок 3 при переходе расширяющейся канавки 22 на верхней поверхности патрубка перед установкой трубки 11 в цилиндрическому запрессовку, кромка 23 пересекает в аксиальном направлении трубки расширяющуюся канавку 22, посредством чего достигается положительный эффект относительно фиксации трубки 11 и ее монтажа внутри емкости.

Исполнение согласно фиг. 2, когда аксиальная фиксация производится посредством пружинящего кольца 13, может иметь также фиксацию от проворота трубки во впускном патрубке.

Для этого подогнанный к впускному патрубку участок A трубки 11 имеет фиксатор проворота (15a и 23) (фиг. 8, 9), который состоит из выдавленной наружу кромки 23, проходящей в аксиальном направлении трубки, кромка располагается в аксиальном фиксаторе 15a, как показано на фиг. 9.

Наличие определенным образом расположенной внутри емкости 2 трубки 11 делает акустическую нагрузку на цилиндры двигателя, работающие в противофазе, симметричной и устраняет несимметричное возбуждение воздушной полости ресивера на низших собственных частотах (модах). Кроме того, свободный (незакрепленный) конец трубки 11 размещается вблизи узла первой собственной формы колебаний газа в емкости 2 и даже на режимах ее резонансного возбуждения препятствует передаче этой звуковой энергии из емкости через окно в ее боковой стенке по направлению в сторону средств воздухоподачи и очистки воздуха из окружающей среды.

Таким образом, ослабляется передача и излучение шума в окружающую среду свободным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и транспортное средство становится менее шумным.

Формула изобретения

1. Впускное устройство для двигателя внутреннего сгорания, содержащее емкость, один впускной патрубок и несколько отдельных впускных трубок, которые сообщаются с головкой цилиндров двигателя и отдельными цилиндрами, отличающееся тем, что впускной патрубок (3) снабжен воздухопроводящим устройством (8), которое проходит до проходящей между средними впускными трубками (5, 6) плоскости (Х - Х).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздухопроводящее устройство (8) выполнено цельно с емкостью, его внутренняя стенка (9) располагается на расстоянии относительно отверстий (6а и 7а) впускных трубок (6 и 7).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздухопроводящее устройство выполнено в виде трубки (11) из искусственного материала, соединенной с впускным патрубком (3) посредством крепления (12) для аксиального удержания и которая своим свободным концом входит, не касаясь стенок емкости, во внутреннее пространство.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что крепление (12) состоит из пружинящего кольца (13), фиксирующегося в кольцевой канавке (14) трубки (11) и сообщающегося с кольцевой проточкой (15) во впускном патрубке (3).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что трубка (11) из искусственного материала имеет в месте приема пружинящего кольца (13) в кольцевой канавке (14) утолщение материала, которое при нагревании трубки (11) деформируется пружинящим кольцом (13), радиально расширяясь, и прижимается к образующей кольцевой проточки (15).

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подогнанный к впускному патрубку (3) участок (А) трубки имеет фиксатор проворота (15а, 23), который состоит из выдавленной наружу кромки (23), проходящей в аксиальном направлении трубки (11), кромка располагается в аксиальном фиксаторе (15а) проворота впускного патрубка (3).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что подогнанный участок (А) трубки имеет коническую установочную часть (20) с фиксирующей кольцевой канавкой (22), которая расширена наружу и пересекается выдавленной наружу кромкой (23) в аксиальном направлении трубки, которая (кромка) сообщается с аксиальным фиксатором проворота (15а) и находится во впускном патрубке (3).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9