Впускное устройство для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с улучшенными токсическими и акустическими качествами. Впускное устройство для ДВС имеет емкость с впускным патрубком с отдельными впускными трубками, которые соединены с головкой цилиндров и с отдельными цилиндрами. Внутреннее пространство емкости сообщено с устройством уменьшения токсичности, которое включает в себя по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливания паров бензина и выхлопа отработавших газов. На впускном патрубке закреплена впускная трубка, входящая во внутреннее пространство емкости. Трубка имеет соединяющее отверстие, расположенное примерно в одной плоскости между двумя средними отдельными впускными трубками, а патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит во внутреннее пространство емкости. 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с улучшенными токсическими и акустическими качествами.

Во впускном устройстве двигателя внутреннего сгорания (ДВС) возникают на основе переменного расхода воздуха относительно отдельных цилиндров шумы, которые могут излучаться наружу. Поэтому возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах ДВС сопровождается изменением объема подвода воздуха к отдельным цилиндрам двигателя и выхлопной системы. При этом газы движутся в трубопроводах с колебаниями давления, порядок (величины) и направление которых определяются работой ДВС. Эти колебания давлений газа являются причиной газодинамических и акустических явлений, которые при определенных условиях негативно действуют на работу ДВС. В частности, звуковое излучение определяется объемами трубопроводов, которые образуются теми деталями, которые соединяют газопроводы с наружным воздухом, например впускное отверстие воздухоочистителя или выпускное отверстие выхлопной трубы. Такие же основания являются причиной нестационарности газовых потоков в трубопроводах устройства уменьшения токсичности, что может значительно повредить их функциям.

Известен ДВС с впускным устройством, состоящим из емкости с впускным патрубком и отдельными впускными трубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами, причем внутреннее пространство емкости сообщается с устройством уменьшения токсичности, включающим по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливание паров бензина и выхлопа отработавших газов (DE, заявка 3331095, F 02 M 35/10, 1984).

Задачей изобретения является создание впускного устройства для ДВС, которое вызывает наряду с уменьшением шумов также уменьшение выброса токсичных газов.

Поставленная задача решается тем, что в ДВС с впускным устройством, состоящим из емкости с впускным патрубком и отдельными впускными трубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами, причем внутреннее пространство емкости сообщается с устройством уменьшения токсичности, включающим по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливания паров бензина и выхлопа отработавших газов, на впускном патрубке закреплена впускная трубка, входящая во внутреннее пространство емкости, причем трубка имеет соединяющее отверстие примерно в одной плоскости 0-0 между двумя средними отдельными трубками, а патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит во внутреннее пространство емкости.

Патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, находится в плоскости 0-0, которая соответствует плоскости поперечного сечения емкости и проходит через центр тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Входное отверстие патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности с радиусом r располагается на расстоянии (0,4 - 0,8)r относительно центра тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Входное отверстие патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности, располагается в плоскости 0-0 центра тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит отверстием во внутреннее пространство B трубки.

Свободный, выступающий во внутреннее пространство B трубки конец патрубка, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, имеет косой срез, а отверстие (входное) направлено в сторону отверстия впускного патрубка.

Свободный, выступающий во внутреннее пространство B трубки конец патрубка, имеет косой срез, а отверстие (входное) отвернуто от отверстия впускного патрубка.

Трубка в зоне входа патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности, имеет уменьшение поперечного сечения.

На фиг. 1 показано продольное сечение емкости впускного устройства со вставленной впускной трубкой и схема подключения к внутреннему пространству емкости комплексного устройства снижения токсичности посредством общего патрубка; на фиг. 2 - фрагмент емкости с определенным расположением патрубка; на фиг. 3 показан аппроксимированный параллелепипедом корпус емкости и эпюра распределения полей звуковых давлений на низшей собственной продольной форме колебаний воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве емкости; на фиг. 4 - сечение емкости впускного устройства со встроенной во впускной патрубок впускной трубкой, к полости которой подключено комплексное устройство снижения токсичности; на фиг. 5 - вид патрубка с косым срезом, направленным навстречу потоку очищенного воздуха; на фиг. 6 - вариант когда косой срез патрубка направлен в противоположную, по сравнению с фиг. 5, сторону; на фиг. 7 - конструкция трубки, в полости которой образован диффузор.

Двигатель внутреннего сгорания имеет впускное устройство с емкостью 1 (ресивером), внутреннее пространство A которой соединено посредством отдельных впускных трубок 2, 3, 4 и 5 с головкой цилиндров (не показана) и отдельными цилиндрами. На впускном патрубке 6 закреплена впускная трубка 7, входящая во внутреннее пространство A емкости 1, причем трубка имеет соединяющее отверстие 7a, расположенное примерно в одной плоскости 0-0, проходящей между двумя средними трубками 3 и 4. С внутренним пространством A емкости 1 соединяется посредством общего патрубка 8 устройство R уменьшения токсичности, которое включает по меньшей мере одну из систем: систему 9 выхлопа отработавших газов (рециркуляции выхлопных газов), систему 10 вентиляции картера, систему 11 подачи дополнительного воздуха и систему 12 улавливания паров бензина (горючих паров топлива).

На фиг. 2 и 3 подробнее изображен патрубок 8, ответвляющийся от устройства R уменьшения токсичности и располагающийся своим входным отверстием 14 перед соединяющим отверстием 7a трубки 7 в плоскости 0-0 поперечного сечения емкости, которая (плоскость) проходит через центр тяжести SP внутреннего пространства емкости между двумя средними отдельными трубками 3 и 4. Патрубок 8 имеет радиус r и соединяется с одной или несколькими системами 9, 10, 11 и 12 устройства R.

Внутри емкости 1 во время работы двигателя происходят следующие рабочие процессы: газовый объем во внутреннем пространстве A емкости 1 можно рассматривать как распределенную в объеме массу. Эта масса возбуждается со стороны отдельных впускных трубок 2 - 5, которые соединяются с отдельными цилиндрами двигателя, а также от патрубка 8 устройства R уменьшения токсичности. Эта возбуждение приводит к возникновению во внутреннем пространстве A колебаний газа в диапазоне собственных частот. Самые интенсивные колебания - это колебания газа во внутреннем пространстве A в самой низкой форме собственного резонанса, как подробнее изображено на фиг. 3, которая характеризуется максимальной неравномерностью распределения концентраций давления P, с одной стороны, посредством этого увеличивается интенсивность пульсаций давления в трубопроводах устройства R, а с другой стороны увеличивается излучение звука в окружающую среду посредством конструктивных деталей, которые выводят газопроводы двигателя наружу в окружающую среду.

Посредством устройства, согласно изобретению должно или исключительно сильно уменьшаться влияние колебаний газового объема в полости A в энергетически интенсивных формах собственного резонанса на акустические и газодинамические процессы, или во всяком случае значительно уменьшать, чтобы этим самым уменьшить токсичность двигателя.

С этой целью в двигателе размещают входное отверстие 14 патрубка 8 устройства R внутри пространства A емкости 1 в плоскости 0-0, которая совпадает с плоскостью поперечного сечения емкости 1 и проходит через центр тяжести SP объема внутреннего пространства A емкости 1. Как подробно показано на фиг. 3, положение отверстия 14 соответствует его расположению в такой зоне, в которой динамическое колебательное давление P на этой моде колебаний теоретически равно нулю и практически близко к этому значению. Таким образом, влияние этой энергоемкой формы колебаний в пространстве A на газодинамические процессы, которые происходят при работе двигателя в соединениях устройства R, становится минимальным, так что газовые потоки в трубопроводах систем 9 - 12 становятся стационарными или приближаются к этому физическому состоянию. Посредством этого в конечном счете повышается производительность этих систем 9 - 12 за счет снижения гидросопротивления трактов и происходит уменьшение токсичности двигателя.

Одновременно с этим акустическая энергия на отмеченных низших собственных формах колебаний (и все прочие аналогичные, нечетные формы колебаний) не переносятся из внутреннего пространства A через отверстие 14 и далее в окружающую среду, что способствует улучшению акустических показателей двигателя.

Эффективность изобретения повысится, если входное отверстие 14 патрубка 8 (динамический срез патрубка) совместить с центром тяжести SP объема внутреннего пространства A (в полости 0-0), что позволяет учесть влияние динамических процессов, происходящих в патрубке 8. Дело в том, что центр тяжести эпюры выходных скоростей пульсирующего в патрубке 8 газового потока в бесконечном пространстве находится на расстоянии 0,6 r относительно входного отверстия патрубка 8. На практике величину этого "динамического приращения" принято принимать в диапазоне (0,4. . . 0,8) r, что связано с разбросом конструктивных, технологических и других факторов. Таким образом, размещение входного отверстия патрубка 8 в пространстве, ограниченном двумя сферами, центр которых совпадает с центром тяжести SP, а радиус которых 0,4 r и 0,8 r исключает возбуждение срезом патрубка 8 низшей собственной продольной формы колебаний (фиг. 3) объема газа в пространстве A, т.е. наиболее энергоемкой формы, соответственно улучшает акустические качества двигателя.

По другим исполнениям изобретения согласно фиг. 4 - 7 патрубок 8 входит своим отверстием 14 во внутреннее пространство B трубки, закрепленной на впускном патрубке 6.

Патрубок 8 имеет на своем свободном конце косой срез 25 или 26 так, что согласно исполнению по фиг. 5, косое входное отверстие 14 направлено в сторону входного отверстия 21 впускного патрубка 6.

У другого исполнения по фиг. 6 косое входное отверстие 14 отвернуто от отверстия 21 патрубка 6 (т.е. сориентировано в противоположную сторону).

На фиг. 7 изображено исполнение трубки 7, которая действует как диффузор 15. Для этого трубка 7 в зоне входа патрубка 8 имеет уменьшение поперечного сечения 23.

При работе двигателя газы идут из систем 9 - 12 через патрубок 8 устройства R в полое пространство B трубки 7. При этом газовый поток имеет в системе 9 и в системе 10 значительную температуру, благодаря чему в полом пространстве B происходит интенсивный обмен тепла и массы газового потока, идущего из систем 9 - 12, происходит их эффективное перемешивание. Образованный в патрубке 8 поток отработавших газов, паров бензина и воздуха имеет высокую температуру. Он поступает во внутреннее пространство A емкости 1 и идет через впускные трубки 2 - 5 в отдельные цилиндры двигателя. При этом вышеупомянутый поток газа отдает часть своего тепла поступающей в цилиндры двигателя горючей смеси, посредством чего испаряемость жидких фаз горючей смеси повышается и смесь становится гомогенной (однородной). В конечном счете это ведет к равномерному распределению по цилиндрам двигателя конечного продукта, который состоит из смеси горючего с газовым потоком из устройства R, и к лучшему воспламенению горючей смеси в цилиндрах и затем к уменьшению токсичности двигателя.

Благодаря косому срезу 25 или 26 патрубка 8 повышается эффективность смешивания (гомогенизации) потоков, идущих из устройства R, воздухоочистительного устройства и воздухоподвода, и посредством этого отдельные потоки лучше влияют один на другой.

Введение в конструкцию трубки 7 диффузора 15 позволяет повысить в зоне диффузора 15 скорость потока воздуха из системы воздухоочистки и воздухоподачи, а это усиливает эффект смешивания этого потока с суммарным потоком газа из устройства снижения токсичности.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с впускным устройством, состоящим из емкости с впускным патрубком и отдельными впускными трубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами, причем внутреннее пространство емкости сообщается с устройством уменьшения токсичности, включающим по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливания паров бензина и выхлопа отработавших газов, отличающийся тем, что на впускном патрубке закреплена впускная трубка (7), входящая во внутреннее пространство емкости (1), причем трубка (7) имеет соединяющее отверстие (7а) примерно в одной плоскости (0 - 0) между двумя средними отдельными трубками (3 и 4), а патрубок (8), соединяющий системы (9 - 12) устройства (R) уменьшения токсичности, входит во внутреннее пространство (А) емкости (1).

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что патрубок (8) находится в плоскости (0 - 0), которая соответствует плоскости поперечного сечения емкости и проходит через центр тяжести (SP) объема внутреннего пространства емкости (1).

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что входное отверстие (14) патрубка (8) с радиусом (r) располагается на расстоянии 0,4 - 0,8 r относительно центра тяжести (SP) объема внутреннего пространства емкости (1).

4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что входное отверстие (14) патрубка (8) располагается в плоскости (0 - 0) центра тяжести (SP) объема внутреннего пространства емкости.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что патрубок (8) входит отверстием (14) во внутреннее пространство (В) трубки (7).

6. Двигатель по п.1 или 5, отличающийся тем, что свободный, выступающий во внутреннее пространство (В) трубки (7) конец патрубка (8) имеет косой срез (25), а отверстие (14) направлено в сторону отверстия (21) впускного патрубка (6).

7. Двигатель по п.1 или 5, отличающийся тем, что свободный, выступающий во внутреннее пространство (В) трубки (7) конец патрубка (8) имеет косой срез (26), а отверстие (14) отвернуто от отверстия (21) впускного патрубка (6).

8. Двигатель по пп.1, 5, 6 или 7, отличающийся тем, что трубка (7) в зоне входа патрубка (8) имеет уменьшение поперечного сечения (23).

РИСУНКИ

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