Система воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к системам впуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженным средствами для подогрева рабочего тела. Устройство включает воздухоочиститель, к камере которого подключена труба смешанного воздуха, к открытому концу которой подключены патрубки подвода холодного и подогретого воздуха, причем входной срез последнего снабжен дефлектором, охватывающим наружную стенку выпускного трубопровода. Дефлектор выполнен в виде сплошного кожуха из шумовибродемпфирующего, пористого, газопроницаемого материала, беззазорно, или с образованием замкнутого кольцевого зазора, охватывающего по крайней мере часть наружной стенки выпускного трубопровода. При этом проводимость структуры кожуха может дифференциально увеличиваться от среза в сторону наиболее удаленной от среза части пористого кожуха. Система обеспечивает снижение шума впуска. 5 з.п ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания, /далее ДВС/, оборудованным средствами для подогрева рабочего тела, с целью улучшения пусковых качеств и токсических показателей двигателя в условиях пониженных эксплуатационных температур окружающей среды и улучшения экономических и экологических показателей двигателей на режимах частичных нагрузок.

Известны системы впуска ДВС, как с искровым зажиганием карбюраторные версии и версии с впрыском топлива/, так и с воспламенением от сжатия /дизельные версии/, обеспечивающие количественное и качественное наполнение цилиндров горячей смесью /воздухом и топливом/. Одной из самых ответственных функций любой конструкции системы впуска является качественная подготовка горючей смеси до ее поступления в цилиндры двигателя. Она подразумевается как обеспечение подачи необходимого количества воздуха и топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режима работы двигателя, так и необходимую подготовку этой смеси для ее качественного воспламенения в цилиндрах. В данном случае, подразумевается гомогенизация топливовоздушной смеси за устройством подачи топлива до момента ее поступления в цилиндр, турбулизацию смеси путем организации направленных вихрей, обеспечение заданной температуры смеси поступающей в цилиндр и т.д. Таким образом, ведется подготовка смеси для ее наиболее полного и качественного сгорания с тем, чтобы получить высокие мощностные показатели, высокую экономичность, низкую токсичность выхлопа.

В качестве другой важной проблемы, необходимой решать при проектировании систем впуска ДВС, является обеспечение низких уровней шума в процессе наполнения цилиндров, вызванных возбуждением газодинамических пульсаций в системе, вследствие перепада давлений в цилиндре двигателя и в зоне свободного среза воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в момент открытия и закрытия впускного клапана.

Возникающие газодинамические пульсации во впускной системе ДВС не только оказывают отрицательное влияние на окружающую среду в виде излучаемого системой шума впуска, но и неблагоприятно влияют на процессы наполнения цилиндров, вызывая образования резонансных стоячих волн в отдельных элементах впускной системы, и в первую очередь, во впускных трубах впускного коллектора, что в свою очередь вызывает увеличение гидравлических сопротивлений, ухудшение наполнения и неравномерности наполнения отдельных цилиндров двигателя, это в свою очередь, ухудшает мощностные, экономические токсические показатели ДВС. Следует подчеркнуть, что в современных конструкциях впускных ДВС, за счет применения различных конструктивных решений и использования различных дополнительных управляемых систем, в первую очередь пытаются обеспечить высокие экономические показатели, низкую токсичность выхлопа и низкий шум.

Предлагаемое решение технической задачи как раз и касается достижения низкого уровня шума на впуске системы воздухоснабжения ДВС.

Известны различные технические решения, позволяющие в той или иной степени решить данную проблему.

Так, в патенте России, 2055754, кл. B 60 K 13/02, 1996, воздухоподводящие патрубки термостатированной системы впуска и корпус воздухоочистителя заключены в герметичные кожуха, во внутренних полостях которого создано разрежение /вакуум/, что позволяет с одной стороны обеспечить большую стабильность температуры поступающего в карбюратор воздуха, а с другой стороны вакуумированные полости обеспечивают более надежную звукоизоляцию. Однако, такое решение отличается повышенной сложностью, а также имеются проблемы с компоновкой кожухов на патрубках и корпусе в стесненном пространстве моторного отсека автомобиля.

В авторских свидетельствах СССР 1453074 и 1539366, оба по классу F 02 M 35/12, описаны устройства для подачи подогретого воздуха в ДВС, в которых патрубки подогретого воздуха снабжены определенным образом выполненными воздухозаборниками, охватывающими с зазором стенку выхлопного коллектора /газоприемных труб/. Названные воздухозаборники фактически представляют собой интерференционные глушители, который эффективны для подавления шума в весьма ограниченном частном диапазоне.

В качестве прототипа выбрана система воздухоснабжения ДВС, содержащая воздухоочиститель, к камере которого подключена труба смешанного воздуха, к открытому концу которой подключены патрубки холодного и подогретого воздуха, причем входной срез последнего снабжен дефлектором, охватывающим с зазором наружную стенку выпускного трубопровода. С целью снижения шума впуска, дефлектор выполнен в виде замкнутого кожуха с торцевыми стенками и боковым впускным окном, причем ось кожуха перпендикулярна оси канала, боковое впускное окно смещено относительно оси последнего по поверхности кожуха на угол 90^o, а ось патрубка смещена относительно плоскости, проходящей через ось выпускного трубопровода, в сторону впускного окна, и торцевые стенки выполнены каждая с окном для впускного трубопровода с образованием зазора между кожухом и выпускным трубопроводом переменной величины по дуге, при этом участок зазора с максимальной площадью заключен между боковыми окном кожуха и выходным срезом патрубка и выполнен расширяющимся от входного среза к боковому впускному окну. Впускное окно кожуха может быть снабжено дополнительным заборным патрубком.

Устройство такого воздухозаборника так же представляет собой классическую схему интерференционного остронастроенного глушителя, чем и объясняется эффективность глушения шума в узком частотном диапазоне. Можно отметить и то, что являясь тонкостенной /металлической/, с развитой поверхностью деталью, такой заборник является достаточно виброактивным элементом и является, таким образом, эффективным излучателем структурного /вибрационного/ шума.

Задача изобретения снижения шума впуска.

Сущность изобретения заключается, в том, что в известной системе воздухоснабжения ДВС, содержащей воздухоочиститель, к камере которого подключена труба смешанного воздуха, к открытому концу которой подключены патрубки холодного и подогретого воздуха, причем входной срез последнего снабжен дефлектором, охватывающим, по крайней мере часть наружной стенки выпускного трубопровода, названный дефлектор выполнен в виде сплошного кожуха из шумофибродемпфирующего газопроницаемого материала. При этом кожух может беззазорно охватывать наружную стенку выпускного трубопровода, или только часть этой стенки.

В другом варианте, между кожухом и стенкой может быть образован зазор. Этот зазор может быть заполнен вставкой из пористой металлической путанки, величина образованных пор которой может превышать величину пор материала кожуха. Дополнительно, входной срез патрубка может быть выполнен в виде развитого фланца, частично охватывающего наружную стенку кожуха. Кожух выполняется из пористого, газопроницаемого, металлического сетчатого или волокнистого, прессованного или спеченного материала /ПСМ, металлорезина/, причем газопроницаемость кожуха 6, в одном из вариантом конструктивного исполнения, может увеличиваться от входного среза патрубка в сторону наиболее удаленной от среза части дефлектора.

На фиг.1 показана система воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - кожух, в сечении А-А, смонтированный в развитом фланце входного среза патрубка и беззазорно охватывающий стенку выпускного трубопровода; на фиг. 3 - кожух, в сечении А-А, с зазором охватывающий выпускной трубопровод, причем в зазоре размещены вставки из пористой металлической путанки; на фиг. 4 - кожух, в сечении А-А, с дифференциально именующейся проводимостью своей структуры.

Система воздухоснабжения ДВС содержит воздухоочиститель 1, к камере которого подключена труба 2 смешанного воздуха, к открытому концу которой подключены патрубки 3 и 4, соответственно подвода холодного им подогретого воздуха. Входной срез 5 патрубка 4 снабжен дефлектором 6, охватывающим стенку выпускного трубопровода 7. Дефлектор 6 выполнен в виде сплошного кожуха из пористого, газопроницаемого металлического материала, например пористого сетчатого материала "ПСМ/, металлорезины /МР "Сойферит"/, или других аналогичных по своим физико-механическим свойствам материалов.

В варианте показанном на фиг. 2 входной срез 5 выполнен в виде развитого фланца 8, который частично охватывает наружную поверхность кожуха 6.

В варианте показанном на фиг.3 кожух 6 выпускной трубопровод 7 с образованием кольцевого зазора 9, в котором может быть размещена вставка 10 из пористой металлической путанки, причем ее пористость превышает пористость газопроницаемого материала кожуха 6.

Дополнительно на фиг.1, показаны: глушитель шума впуска 11, терморегулятор воздушного потока 12, смесеобразующее устройство /карбюратор/ 13 и впускной коллектор 14.

Величина пористости материала кожуха 6, равно как и вставки 10 может дифференциально увеличиваться от среза 5 в сторону наиболее удаленной части дефлектора 6.

Это может быть достигнуто двумя путями: либо пористая структура кожуха однородная, фиг.4, но толщина его стенки уменьшается от среза 5 и становится минимальной с противоположной срезу 5 стороны стенки выпускного трубопровода 7, либо величина пор структуры кожуха 6 дифференциально увеличивается от среза 5 в противоположную от него сторону. Хотя возможна и одновременная реализация и комбинация описанных выше приемов.

Работает система воздухоснабжения ДВС обычным образом. При этом, обозначенная выше проблема снижения шума, впуска решается за счет применения дефлектора 6 измененной конструкции, у которого отсутствует связанное с атмосферой открытое впускное отверстие /окно/, и выполнения его из шумовибродемпфирующего газонепроницаемого материала, обладающего высоким декрементом затухания колебаний.

При этом, наряду с улучшением процесса теплосъема непосредственно со стенки выпускного трубопровода 7, обеспечивается незначительные гидросопротивления /поскольку забор воздуха осуществляется во всей поверхности дефлектора, а не через локальную зону впускного отверстия, что имеет место в прототипе/, хорошее заглушение аэродинамического шума и слабое излучение структурного шума стенкой.

Эффект шумоподавлений в кожухе 6 из ПСМ обеспечивается за счет продавливания колеблющего газа /воздуха/ в мелких и длинных /протяженных / отверстиях по пути многократного увеличения суммарного активного периметра и пути трения /работы на трение/ в многочисленных мелких и длинных отверстиях пор. В мелкопористой воздухопроницаемой структуре кожуха 6, в результате трения пульсирующего на резонансе с высокими амплитудами газа /воздуха / происходит эффективное преобразование энергии упругих звуковых волн и пульсаций в их тепловую энергию трения.

В предлагаемой системе имеется возможность целенаправленно подбирать необходимую степень заглушения шума впуска и оптимизировать одновременно с этим величину гидросопротивлений впускного тракта. Т.е. при проектировании конкретного двигателя имеется возможность, путем подбора необходимой пористости материала кожуха, или толщины его стенок, или введением в зазор 9 специальной вставки 10, обеспечивать оптимальную проводимость канала подвода подогретого воздуха с низким гидравлическим сопротивлением тракта.

Формула изобретения

1. Система воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания, содержащая воздухоочиститель, к камере которого подключена труба смешанного воздуха, к открытому концу которой подключены патрубки холодного и подогретого воздуха, причем входной срез последнего снабжен дефлектором, охватывающим по крайней мере часть наружной стенки выпускного трубопровода, отличающаяся тем, что дефлектор выполнен в виде сплошного кожуха из шумовибродемпфирующего газопроницаемого материала.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что кожух беззазорно охватывает наружную стенку выпускного трубопровода.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что кожух охватывает наружную стенку выпускного трубопровода с образованием замкнутого кольцевого зазора.

4. Система по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что входной срез патрубка подогретого воздуха выполнен в виде развитого фланца, частично охватывающего наружную стенку кожуха.

5. Система по пп.1, 3 и 4, отличающаяся тем, что в замкнутом кольцевом зазоре размещена вставка из пористой металлической путанки, газопроницаемость структуры которой превышает газопроницаемость структуры кожуха.

6. Система по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что газопроницаемость кожуха дифференциально увеличивается от среза патрубка подогретого воздуха к его наиболее удаленной от среза части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4