CN1464940B - 对置式或直列式发动机中脉动共振点发生范围的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种在具有非回油式供油管的燃料供应系统中，能随意控制脉动共振点的发生范围的方法。这样，就能消除由于脉动共振点在发动机经常使用的理想转速范围内发生而造成的种种不利情况。把一对非回油式供油管1、2分别布置在水平对置或V型发动机的各汽缸组上，并用连接管4连接。然后，对由于喷嘴3在喷射燃料时所产生的脉动波而引起的，通过连接管4从一侧供油管传递到另一侧供油管1、2的脉动波的固有周期的长短进行控制。当延长上述固有周期时，脉动共振点便迁移到发动机的低转速范围之外，当缩短上述固有周期时，脉动共振点便迁移到发动机的高转速范围之外。
Description
技术领域
本发明涉及把V型发动机，水平对置发动机之类的对置式发动机，以及直列式发动机中，因为脉动波而发生脉动共振的发生点，迁移到发动机经常使用的最佳转速范围之外，以控制对置式发动机或者直列式发动机中脉动共振点发生范围的方法。
背景技术
以往，用设有多个喷嘴，向设有多个汽缸的发动机供应汽油之类燃料的供油管是公知的。这种供油管把从燃料箱引入的燃料，从多个喷嘴依次喷射到多根吸气管内，让这些燃料与空气混合，通过混合汽的燃烧，使发动机产生动力。
如上所述，这种供油管的用途是，通过输送管把燃料从燃料箱供应给喷嘴，再从喷油嘴把燃料喷射到发动机的吸气管内。当供应到供油管内的燃料有剩余时，把供油管中剩余的燃料送回燃料箱去的一种方式是，采用回油式供油管，即，借助于压力调整阀把多余的燃料送回燃料箱。另外一种方式与采用回油式供油管的方式不同，它不使用把剩余的燃料送回燃料箱的回油式供油管，而是采用非回油式供油管。
把供应到供油管中的多余燃料送回燃料箱的这种方式，由于可以让供油管中的燃料始终保持一定的量，所以具有这样的优点，即，不容易发生与燃料喷射相伴的脉动波。可是，进入布置在靠近高温的发动机汽缸的供油管内的燃料，温度很高，由于要把这些温度很高的多余燃料送回燃料箱中，燃料箱中汽油的温度就会升高。由于燃料箱内汽油的温度升高，汽油会汽化，会对环境产生恶劣的影响，这是不希望发生的事。因此，提出了不让多余的燃料返回燃料箱的非回油式供油管的方案。
这种非回油式供油管，在喷嘴向吸气管喷油时，由于没有让多余的燃料返回燃料箱的管道，管内的压力变化很大，将发生很大的脉动波。与回油式供油管相比，所产生的脉动波要大得很多。
本发明采用了容易发生脉动波的非回油式供油管。在现有技术中，这种方案，由于从喷嘴向发动机的吸气管喷射燃料时，会使供油管内部发生急剧的局部减压，因而会产生脉动波(疏密波)。这种脉动波波及的范围，从供油管和连接在供油管上的连接管道，一直到燃料箱这一端为止，在以燃料在其中流动的各种部件的各种不同脉动波传播速度传播出去之后，又从燃料箱内的调压阀返回来，通过连接管道，一直传播到供油管。在这种供油管上设置了多个喷嘴，因此，这么多喷嘴在依次进行燃料的喷射时，都会产生脉动波。
这种脉动波在燃料流动的各种结构部件之间的交界处，由于脉动波传播速度，流速等等的变化，在发生反射，穿透的同时，以与每一种结构部件相对应的脉动波传播速度传播开去。通常的供油管，与连接管或者输送管相比，其流道的断面积要比它们大得多，在从供油管向连接管和输送管传递脉动波的交界面上，反射率就很高。更进一步，在供油管本身具有因弹性变形而吸收脉动波的机制的情况下，由于其弹性系数有显著的差别，供油管内部脉动波的传播速度放慢了。在供油管之外的各种结构部件中，可以忽略因脉动波而造成的弹性变形，脉动波的传播速度是介质，即燃料所固有的值。其结果是，在这种交界面上的反射率进一步增大。由于如此大的反射率，在供油管内的压力变化就非常缓慢地由燃料箱内的压力调节阀所吸收，使系统获得固有的周期。当这种周期与喷嘴的喷射周期一致时，就会发生共振现象。
在V型发动机中，当供油管分组成对设置时，由燃料箱内的压力调节阀缓慢地吸收的脉动波，大部分在一对供油管之间来回地反复传播，仍然由于供油管与连接管的交界面上的反射率大，作为一个整体，缓慢地达到固有的周期。与刚才的情况一样，当这种周期与各喷嘴的喷射周期一致时，就会发生共振现象。
这种脉动共振点，如果发生在发动机经常使用的转速范围之外，就不会产生特别的问题，但是，如果发生在发动机经常使用的转速范围之内，就会造成种种不利的情况。另外，在本说明书中，所谓发动机的转速范围，是指发动机经常使用的最佳转速范围。
即，当脉动共振点处于发动机的转速范围内时，由于这种脉动共振，会使供油管内的压力急剧下降，出现喷射到发动机的吸气管内的燃料不足的现象。因此，燃料气体与空气的混合比就与设计值不同，对排出的废气产生恶劣的影响，输出的动力也达不到设计值。此外，这种脉动共振还引发连接在燃料箱一侧的输送管产生机械振动，并通过把这种输送管固定在地板下面的夹子，把噪音传到车内，这种噪音会使驾驶员和乘客感到不舒服。
以往，作为减少由于这种脉动共振造成的上述种种缺点，降低由于产生脉动共振而造成的损害的方法，是在非回油式供油管上设置装有橡胶隔膜的脉动阻尼器，借助于脉动阻尼器来吸收和减小所发生的脉动波的能量；或者，把布置在地板底下，从供油管一直到燃料箱为止的输送管，用吸收振动用的橡胶或泡沫树脂等制成的夹子，固定在地板底下，以便吸收和减小供油管，以及一直通到燃料箱的输送管中所产生的振动。以上都是一些比较有效的方法，具有减小发生脉动共振所造成的损害的效果。
可是，如果只用脉动阻尼器和吸收振动的夹子，虽然有减小发生脉动共振所造成的损害的效果，但不能可靠地消除脉动共振。此外，脉动阻尼器和吸收振动的夹子的价格都很昂贵，而且还会产生因增加零件数量而提高成本，以及要保证布置这些零件的空间等新的问题。因此，提出了不使用这些脉动阻尼器和吸收振动的夹子，但却能达到减小脉动波，将脉动共振的发生点迁移到发动机的低转速范围以外的目的，即，由供油管来吸收脉动波，使它具有吸收脉动的功能的方案。
在特开2000-3293030号公报、特开2000-320442号公报、特开2000-329031号公报、特开平11-37380号公报、特开平11-2164号公报，以及特开昭60-240867号公报所公开的发明中，都公开了这种具有吸收脉动波的功能的供油管。
这些具有吸收脉动波的功能的供油管，具有吸收和减小与燃料的喷射伴生的脉动波的效果。此外，在使用于直列式发动机的情况下，上述的固定值大都比较小，脉动共振点处于发动机的低转速范围以外的情况很多。
可是，对于水平对置式发动机，V型发动机等，由多个汽缸组成的汽缸组并列布置的这些对置式发动机，由于在多个汽缸组成的汽缸组上分别布置了供油管，而且这一对供油管用连接管连接起来，并通过输送管将上述连接管的一部分，或者一侧的供油管直接与燃料箱连接，所以脉动共振点大都落入发动机所使用的转速范围内。即便是直列式发动机，由于燃料箱布置的关系，在输送管很短的情况下，也有脉动共振点落入发动机所使用的转速范围内的情形。
供油管本身具有吸收脉动波的机制，实验已经确认，在六汽缸对置式发动机中，转速在2,000～4,000rpm左右的范围内，会发生脉动共振现象。由于上述转速范围是发动机经常使用的范围，如上所述，会产生影响燃料的喷射，燃料与空气的混合比反常，不利于废气净化的后果，以及造成发动机的输出的动力小，噪音通过输送管传导到汽车内部等等不良后果。
此外，供油管本身具有吸收脉动波的机制，实验已经确认，在平常一半左右长度的三汽缸直列式发动机中，输送管在1,000rpm左右的范围内，会发生脉动共振现象。和上面的例子一样，这种情况也是发动机经常使用的转速范围，所以会产生同样的不利影响。
如上所述，这些共振现象是由于从燃料箱到供油管之间的供油系统所固有的脉动波的缓慢的固有周期，与喷嘴的喷射周期一致造成的。而且，在直列式发动机中，供油管与燃料箱内的压力调节阀之间的固有脉动周期，控制着共振现象的发生。而在单向对置式发动机中，一对供油管之间的固有脉动周期，控制着共振现象的发生。在这种周期与发动机的转速之间，在普通的四行程发动机中，有以下数学式所示的关系：
【数学式1】
〔发动机转速(rpm)〕＝1/〔固有周期(秒)〕×60×2/〔(汽缸组内的喷嘴数量)〕
即，由于供油管内的喷嘴数量，使得固有周期处于发动机的实际使用转速的范围内。
为了了解燃料输送系统中的固有周期是如何确定的，试对系统的数值进行解析。预先求出系统中的燃料流通的供油管，连接管道，输送管等各种结构部件的脉动波的传播速度，再考虑各种结构部件边界上与流速、压力有关的连续条件，解出波动方程式中的数值，就能够判断脉动波的固有周期与供油管内的脉动波传播速度、供油管的长度、供油管与连接管道或者输送管的流道断面的面积比之间的关系。此外，还判明，在直列式发动机中，供油管与燃料箱内的压力调节阀连接的输送管的长度，也对脉动波的固有周期有很大的影响。此外，还判明，在具有一对供油管的对置式发动机中，连接一对供油管的连接管道的长度，也对脉动波的固有周期有很大的影响。
以上所说的脉动波的传播速度α可由下式求出：
【数学式2】
α＝[(1/ρ)/(1/Kf+1/Kw)]0.5
式中：ρ：燃料的密度
Kf：燃料的体积弹性系数
Kw：供油管管壁的体积弹性系数
Kw＝(ΔV/V)/ΔP
式中：ΔP：压力变化
V：供油管的容积
ΔV：由于供油管压力变化的容积变化。
供油管的体积弹性系数Kw可按照有限要素法等方法，用数值计算法求出。图4和图5所示形状的供油管的体积弹性系数Kw，用数值解析所得的结果约为70Mpa。当燃料的密度ρ为800kg/m3，燃料的体积弹性率Kf为1Gpa，供油管的体积弹性系数Kw为70Mpa时，供油管内的脉动波传播速度约为290m/s。根据实验结果，可确认此值基本上正确。与此相对照，在上述燃料密度和体积弹性系数的数值下，当供油管的管壁的体积弹性系数为无限大时，脉动波的传播速度约为1120m/s。因此，当为圆管时，供油管的管壁的体积弹性系数相对于液体的体积弹性系数来说要大得多，在上述脉动波传播速度的数学式中，由于分母中有液体和供油管的管壁的体积弹性系数Kw的倒数，所以供油管的管壁的体积弹性系数Kw的影响几乎可以忽略不计。因此，在普通的断面呈圆形的管道中，可以考虑把脉动波的传播速度定为已经由实验证实了的1100m/s左右。
例如，在对置式发动机中，在燃料的脉动波的传播速度为1100m/s，供油管内的脉动波的传播速度为290m/s，一对供油管的长度为300mm，连接管的长度为200mm，供油管与连接管的流道的断面积之比为0.1这样一个系统中，在求出一侧供油管内发生压力变化时的压力变化的数值解后，再求汽缸组中间压力差随着时间的变化时，这种变化为正弦波，其固有的周期为14.3ms。假设发动机是V型的六缸发动机，即，在每一汽缸组中各设置3个喷嘴时，根据上述式子(数学式1)，脉动共振点大约为2800rpm。
此外，在直列式发动机中，在燃料的脉动波的传播速度为1100m/s，供油管内的脉动波的传播速度为290m/s，供油管的长度为300mm，输送管的长度为1000mm，供油管与连接管的流道的断面积之比为0.1这样一个系统中，在求出供油管内发生压力变化时的压力变化的数值解后，再求供油管内的压力差随着时间的变化时，这种变化也是正弦波。其固有的周期为39.1ms。假设发动机是三缸发动机，根据上述式子，脉动共振点大约为1000rpm。
发明内容
本发明的任务就是为了解决上述课题，当上述脉动共振现象处于发动机经常使用的理想转速范围内时，会发生以上种种不利的情况，因此，要使得这种脉动共振点处于发动机经常使用的理想转速范围之外，虽然存在着这种共振点，但，却不会对发动机产生恶劣的影响。因此，使用本发明，在供油管内的脉动波传播速度，即，供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与连接管，或者与输送管的流道断面积的比例；连接管或输送管的长度等，这些因素中，至少调节其中的一个因素，就能改变上述脉动波的固有周期，把脉动共振点迁移到任意的速度范围内。
为完成上述任务，本发明的第一发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管连接在连接管上，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接；其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与连接管的流道断面积的比例；连接管或输送管的长度，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
此外，本发明的第二发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管连接在连接管上，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接；其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与连接管的流道断面积的比例；连接管的长度，以便借助于缩短共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的高转速范围之外。
此外，本发明的第三发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管，通过内径做得比后述的连接管小的节流管，与连接管连接，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中发生的共振现象的周期，通过设置在供油管与连接管之间的节流管与供油管的流道断面积的比例，和节流管的长度这两种因素中的至少一种因素来控制，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
此外，在上述第一到第三发明内容中，上述一对供油管也可以用一对连接管连接成环形。
此外，本发明的第四发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的一根非回油式供油管，通过支管分别连接在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组的喷嘴上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；输送管的长度，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
此外，本发明的第五发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱之间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；输送管的长度；以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
此外，本发明的第六发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱之间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；输送管的长度，以便借助于缩短共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的高转速范围之外。
此外，本发明的第七发明内容为：在一种燃料供应系统中，把具有多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机的各个汽缸上，上述供油管，通过输送管与燃料箱连接，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱之间发生的共振现象的周期，通过设置在供油管与输送管之间的节流管与供油管的流道断面积的比例，和节流管的长度这两种因素中的至少一种因素来控制，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
由于本发明具有如上所述的结构，在对置式发动机中，用连接管连接一对供油管，并把输送管连接在这根连接管的一部分上，或者直接连接在一侧的供油管上，并把设置在燃料箱内，附有压力调整阀的燃料泵与供油管连接，于是，借助于延长一对供油管之间发生的脉动波的固有周期，就能使脉动共振点迁移到发动机经常使用的最佳低转速范围之外。减小供油管管壁刚度，从而使得供油管内脉动波传播速度降低；或者加长供油管的长度；或者调节供油管或连接管一方或双方的流道断面积，以增大供油管的流道断面积对于连接管的流道断面积的比例；或者加长连接管的长度；或者组合以上各种参数，都能延长上述脉动波的固有周期。
此外，借助于缩短一对供油管之间发生的脉动波的固有周期，就能对以上各种参数进行调整，使脉动共振点迁移到发动机经常使用的最佳高转速范围之外。增大供油管管壁刚度，从而使得供油管内脉动波传播速度提高；或者缩短供油管的长度；或者调节供油管或连接管一方或双方的流道断面积，以减小供油管的流道断面积对于连接管的流道断面积的比例；或者缩短连接管的长度；或者组合以上各种参数，都能缩短上述脉动波的固有周期。
以往，在直列式发动机中，大多借助于使用具有吸收脉动波的功能的供油管，使脉动共振在转速为500rpm左右发生，于是脉动共振点便处于发动机经常使用的转速范围600～7000rpm之外。不必采取特殊的措施，就能够避免由于脉动共振而产生的不利情况。
可是，在把用多个汽缸组成的汽缸组并列布置的V型对置式发动机，或者水平对置式发动机中，各汽缸组上的非回油式供油管是并排布置的，而且其连接管通过输送管连接在燃料箱上。这样，在对置式发动机中，即使使用具有能吸收脉动波的供油管，在试验和数值计算中都证实，在发动机的转速范围内仍会产生脉动共振点。
此外，在直列式发动机中，当把联接供油管与燃料箱的输送管缩短到比平常的长度短时，在供油管与燃料箱内的压力调节阀之间发生的脉动的固有周期就缩短了，在试验和数值计算中都证实，在发动机的转速范围内仍会产生脉动共振点。
当使用，例如，供油管本身具有吸收脉动波的功能的非回油式供油管时，在六缸对置式发动机中，转速在2,000～4,000rpm左右的范围内，会发生脉动共振现象。由于这一转速范围是发动机经常使用的范围，因此，会对燃料的喷射产生上面所说的影响，产生燃料与空气的混合比失常，对废气的净化不利等后果，还会产生发动机输出的功率不足，以及通过输送管将噪音传到汽车的车厢内等等后果。
在这种六缸对置式发动机中的2,000～4,000rpm左右的转速范围，当用上述数学式变换成固有周期时，相当于20～10ms。在上述数值计算的例子中(供油管内的脉动波的传播速度为290m/s，供油管的长度为300mm，连接管内的脉动波的传播速度为1100m/s，连接管的长度为200mm，供油管与连接管的流道的断面积之比为0.1这样一个系统中，固有周期的计算值为14.3ms)，计算一对供油管之间所发生的脉动波的单纯的传播周期时，为4.5ms。这个固有周期，显然比系统内单纯的脉动波往复所费的时间大得多。即，这个脉动波的固有周期，不是脉动波单纯往复的周期，应该认为它受到了供油管与连接管，或者输送管的交界面上的反射和穿透现象很大的影响。上述交界面上的反射系数R和穿透系数T由下式得出。
【数学式3】
R＝(x-1)/(x+1)
T＝2/(x+1)
式中：0≤R≤1；0≤T≤1
x＝rc/rA
rc＝c1/c2
其中：rA＝A1/A2
c：脉动波的传播速度
A：断面积。
后缀1表示供油管一侧；后缀2表示管道一侧。
供油管与连接管或者输送管内的脉动波的传播速度c都是1100m/s时，其反射率和穿透率的计算结果如图7所示；作为由于供油管的弹性而吸收脉动波的例子，在供油管内脉动波的传播速度c1为290m/s的计算结果，如图8所示。而且，图7、图8中，c1表示供油管一侧的脉动波传播速度，c2表示输送管或者连接管一侧的脉动波传播速度。此外，A1表示供油管一侧的断面积，A2表示输送管或者连接管一侧的断面积。
在图7、图8中，管道一侧的脉动波传播速度c2为1100m/s。横坐标表以供油管为基准的流道的断面积比rA＝A1/A2，纵坐标表示反射率R和穿透率T。当假定流道的断面积比为0.1时，图7、图8中的R很大。即，由图可知，在这种交界面上，脉动波几乎都反射出来，只有极少一部分穿透过去。特别是，如图8所示，由于弹性变形本身能吸收脉动的供油管，即，c1为290m/s的情况下，R在0.95左右(T为0.05左右)。即，穿透过去的脉动波只有5％左右。因此，在供油管内部发生的局部的压力变化，作为脉动波，每次只有极少的一部分到达燃料箱内的压力调节阀，可以理解为，与脉动波的传播时间相比，反向传播是非常的慢。
在直列式发动机中，可以推测，这种由于喷射而产生的脉动波在供油管与燃料箱之间是具有很长周期的脉动波。这种脉动波可以理解为与供油管中的喷射周期相同的共振现象。
另一方面，在对置式发动机中，由于连续的喷射是在两边的汽缸组上交错地进行的，供油管内局部的压力变化，周期性地在两边的汽缸组中交错地发生，因而存在着由这种周期所决定的强制的压力变化。此时，与直列式发动机中燃料箱与供油管之间的脉动波一样，在通过连接管连接的一对供油管之间，存在着周期要比一对供油管之间以各自的传播速度来回往复的周期长得多的脉动波。在燃料箱与各供油管之间，也存在着与这种脉动波重合的脉动波。只是，这里的脉动波成分，与一对供油管之间的脉动波相比很小，所以在发动机实际运转时不会成为问题。而且，由于一对供油管之间脉动波的周期，和与其重合的燃料箱与供油管之间的脉动波成分互相抵消，肯定能求出一对供油管的压力差随着时间的变化。
因此，在直列式发动机的情况下，脉动波是在包括通过地板地下的长长的输送管在内的结构中形成的，所以，它的周期比较长。因此，由于以往的直列式发动机的脉动共振点，要比发动机经常使用的理想的转速范围还低，所以不会发生脉动共振的弊病。
可是，在直列式发动机中，也有因燃料箱和发动机所放置的位置而使构成脉动波的系统的长度缩短了，于是，固有的频率提高了，以致让它处在经常使用的转速范围内。在这种情况下，可以预测，脉动共振现象将在低转速范围内，也就是说，在惰转的转速范围内发生。因此，当直列式发动机中产生脉动共振问题时，把脉动波的周期延长，使共振点迁移到惰转转速以下，是很有效的。
另一方面，在对置式发动机中，脉动波大多在一对供油管与连接管中形成，V型对置式发动机中，连接管很短，周期也比较短，于是，就会在比较高的转速范围内发生脉动共振现象。在水平的对置式发动机中，连接管比较长，结果，脉动波的周期也比较长，所以将在比较低的转速范围内发生脉动共振现象。因此，在对置式发动机中，当产生脉动共振问题时，要根据连接管的长度考虑不同的对策，或者，采用缩短脉动波的周期，使脉动共振点迁移到比发动机使用的转速范围更高的范围，或者，采用延长脉动波的周期，使脉动共振点迁移到比发动机使用的转速范围更低的范围。
在对置式发动机中，借助于对一对供油管之间产生的脉动波的数值计算进行分析，分析所得的脉动波传播速度、长度、断面积比的影响的结果，如图9～图14所示。在以上每一个图中，都在图上表示了该图的固定参数。纵坐标表示脉动波的周期，圆形标记表示计算所得的结果。而且，如图9所示，对置式发动机中脉动波的固有周期大致与供油管的脉动波传播速度成反比。即，因为供油管的刚度下降，吸收脉动波的能力提高，于是脉动波的传播速度下降和固有周期延长，其结果是，能使脉动周期延长。
此外，如图10所示，连接管和输送管的脉动波传播速度，对于对置式发动机的脉动波的固有周期几乎不发生影响。对置式发动机中脉动波的固有周期，如图11所示，大致与供油管长度的平方根成正比，如图12所示，大致也与连接管长度的平方根成正比。因此，或者加长供油管的长度，或者加长连接管的长度，都能延长脉动波的固有周期，结果，就能够延长脉动共振的周期。可是，如图13所示，变化输送管长度，却对脉动波的固有周期不发生影响。
此外，如图14所示，对置式发动机的脉动波的固有周期，大致与断面积比〔(连接管流道的断面积)/(供油管流道的断面积)〕的平方根成反比。因此，或者增大供油管的断面积，或者减小连接管的断面积，脉动波的固有周期就会延长，结果，就能够延长脉动共振的周期。图15表示在相同的条件下，有关对置式发动机的脉动波的试验结果与计算结果的关系。图15中，与连接管的长度相对应的脉动波的周期，用图中的白圆形标记表示其试验值，用黑三角形标记表示其计算值。由图15可见，两者基本上是一致的。因此，可以认为，利用以上所说的数值计算结果进行分析，就能控制对置式发动机的脉动共振的周期。如果要降低脉动共振点，可以通过以下各种方式来控制：减小供油管的刚度，以降低脉动波的传播速度；加长供油管的长度；加长连接管的长度；增大供油管流道的断面积；减小连接管流道的断面积；或者，以上各种方式的组合。
相反，如果要提高脉动共振点，则可以通过以下各种方式来控制：增大供油管的刚度，以提高脉动波的传播速度；缩短供油管的长度；缩短连接管的长度；减小供油管流道的断面积；增大连接管流道的断面积；或者，以上各种方式的组合。
此外，在对置式发动机中，图16～图20表示了用一对连接管把一对供油管连接成环形的情况下，利用与以上同样的分析后所得到的结果。在以上每一个图中，都在图上表示了该图的固定参数。纵坐标表示脉动波的周期，圆形标记表示计算所得的结果。脉动波的传播速度、长度等各种参数的影响，都与上一个例子，即，只用一根连接管连接一对供油管的例子完全相同，只是脉动波的周期减小到其2/3左右。图16表示供油管内的脉动波传播速度的影响，与上述图9对应。此外，图17表示供油管长度的影响，与上述图11对应。此外，图18表示连接管长度的影响，与上述图12对应。此外，图19表示供油管与连接管的流道断面积比的影响，与上述图14对应。此外，图20表示在同样的条件下，对置式发动机的脉动波的试验结果与数值计算结果之间的关系，与上述图15对应，并且与图15一样，两者基本上是一致的。因此，能以与上述方式相同的方式来控制脉动共振点，只是如上所述，由于固有周期为其2/3，即，脉动共振点是1.5倍，所以，连接管连接成环形的结构，适用与要把脉动共振点迁移到发动机的高转速范围以外的情况。
同样，在直列式发动机中，也可以借助于供油管与燃料箱之间产生的脉动波的数值计算进行分析。分析所得的脉动波传播速度、长度、断面积比的影响的结果，如图21～图25所示。在以上每一个图中，都在图上表示了该图的固定参数，其中的纵坐标表示脉动波的周期，圆形标记表示计算所得的结果。而且，如图21所示，直列式发动机中脉动波的固有周期大致与供油管的脉动波传播速度成反比。即，当供油管的刚度下降，吸收脉动波的能力提高时，便会使脉动波的传播速度下降，而固有周期延长，其结果是，能使脉动周期延长。如图22所示，输送管的脉动波传播速度，对于直列式发动机的脉动波的固有周期几乎不发生影响。直列式发动机中脉动波的固有周期，如图23所示，大致与供油管长度的平方根成正比，如图24所示，大致也与输送管长度的平方根成正比。因此，或者加长供油管的长度，或者加长输送管的长度，都能延长脉动波的固有周期，结果，就能够延长脉动共振的周期。
此外，如图25所示，直列式发动机的脉动波的固有周期，大致与断面积比〔(输送管流道的断面积)/(供油管流道的断面积)〕的平方根成反比。因此，或者增大供油管的断面积，或者减小输送管的断面积，脉动波的固有周期就会延长，结果，就能够延长脉动共振的周期。图26表示在相同的条件下，有关直列式发动机的脉动波的试验结果与计算结果的关系，两者基本上是一致的。因此，可以认为，利用以上所说的数值计算结果进行分析，就能控制直列式发动机的脉动共振的周期。如果要降低脉动共振点，可以通过以下各种方式来控制：减小供油管的刚度，以降低脉动波的传播速度；加长供油管的长度；加长输送管的长度；增大供油管流道的断面积；减小输送管流道的断面积；或者，以上各种方式的组合。
附图说明
图1是表示对置式发动机中一对供油管、连接管、输送管的位置关系的系统图；
图2是表示把输送管与供油管连接成环形的实施例的系统图；
图3是表示直列式发动机中供油管与输送管位置关系的系统图；
图4是具有扁平断面，能依靠管壁的弹性吸收脉动波的供油管的流道断面图；
图5是图4中所示的供油管的侧视图；
图6是供油管与输送管之间设置节流管的侧视图；
图7表示在供油管与输送管的交界面上，脉动波的反射-穿透系数与流道断面积比的关系的特性图；
图8是具有扁平断面，体积弹性系数小，结果脉动波的传播速度也小的供油管，与输送管非交界面上，脉动波的反射-穿透系数与流道断面积比的关系的特性图；
图9表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与供油管脉动波的传播速度的关系的特性图；
图10表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与输送管脉动波的传播速度的关系的特性图；
图11表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与供油管长度的关系的特性图；
图12表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与连接管长度的关系的特性图；
图13表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与输送管长度的关系的特性图；
图14表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率与供油管和连接管的交界面上流道断面积比的关系的特性图；
图15表示对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率的计算值与试验值的关系的特性图；
图16表示连接管做成一对环形的对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率，与供油管脉动波的传播速度的关系的特性图；
图17表示连接管做成一对环形的对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率，与供油管长度的关系的特性图；
图18表示连接管做成一对环形的对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率，与连接管长度的关系的特性图；
图19表示连接管做成一对环形的对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率，与供油管和连接管交界面上流道的断面积比的关系的特性图；
图20表示连接管做成一对环形的对置式发动机中，一对供油管之间的脉动波频率的计算值与试验值的关系的特性图；
图21表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率，与供油管脉动波的传播速度的关系的特性图；
图22表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率，与输送管脉动波的传播速度的关系的特性图；
图23表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率，与供油管长度的关系的特性图；
图24表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率，与输送管长度的关系的特性图；
图25表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率，与供油管和连接管交界面上流道的断面积比的关系的特性图；
图26表示直列式发动机中，供油管与燃料箱之间的脉动波频率的计算值与试验值的关系的特性图；
图27是对置式发动机中，用一根供油管连接各排汽缸的喷嘴时的系统图；
具体实施例
下面，描述本发明的实施例。首先，说明获得图15中所列的试验数据所使用的发动机的结构。如图1所示，在对置式发动机中，在一对供油管1、2上各装有三个喷嘴3。试验中供油管1、2的长度为315mm。试验时，喷嘴3的喷射口打开。一对供油管1、2用连接管4连接，该连接管4是外径为8mm，壁厚为0.7mm的圆管，其长度分别取为210mm、700mm、2600mm、3200mm四种。连接管4在中间点上与输送管5连接。上述输送管5与连接管4相同，是外径为8mm，壁厚为0.7mm的圆管，其长度为2000mm。输送管5的前端连接在燃料箱6上。在燃料箱6中，调压阀8连接在燃料泵7的出油口上，而输送管5则与该调压阀8连接。
接着，说明获得图26中所列的试验数据所使用的直列式发动机的结构。如图3所示，在供油管1上装有三个喷嘴3。供油管1的长度与对置式发动机相同，为315mm。供油管1与输送管5连接。输送管5为外径8mm×壁厚0.7mm，或者外径6mm×壁厚0.7mm，或者外径4.76mm×壁厚0.7mm的圆管，其长度为950mm～5200mm。输送管5的前端连接在燃料箱6上。在燃料箱6中，调压阀8连接在燃料泵7的出油口上，而输送管5则与该调压阀8连接。
下面，参照图4、5说明供油管1、2的详细尺寸。供油管1、2的断面形状如图4所示，呈扁平形，其宽度为34mm，高度为10.2mm，其外表面的角部的半径R为3.5mm。供油管1、2的长度如上所述，为315mm。在供油管1、2上装有数量与汽缸数相同的喷嘴3，而且还有把喷嘴安装在发动机上用的托架10。用数值分析所求得的这种形状的体积弹性系数为70Mpa左右，根据上述数学式2求得脉动波的传播速度大约是290m/s。当上述供油管的宽度从34mm减小到28mm时，用数值分析所求得的体积弹性系数为150Mpa左右，结果，脉动波的传播速度上升到400m/s。根据试验中这两个脉动波的反射波的相位错开，可以确认这两个脉动波传播速度大致正确。
下面，说明对置式发动机中共振点的实际例子，和控制共振点的例子。当V型六汽缸发动机的供油管1、2的体积弹性系数为70Mpa，即脉动波的传播速度为290m/s，其长度为315mm时，连接管4的断面为外径8mm×壁厚0.7mm，长度为210mm时，如图15所示，在这种结构中，脉动波的固有频率的试验结果为13.9ms。在六汽缸发动机，即每一排各有三个汽缸的情况下，按照上述数学式3计算得出的脉动共振点约为2880rpm。
当使上述发动机的转速向高转速方向变迁时，例如增高到7000rpm时，脉动波的固有频率必然改变为0.41倍。例如，当把供油管1、2的宽度从34mm改变为28mm，其体积弹性系数就改变为150Mpa左右，脉动波的传播速度为400m/s；供油管1、2的长度改为300mm，连接管4为外径12mm×壁厚0.9mm时，脉动波的固有频率就变为5.6ms，即，能将V型六缸发动机的共振点变迁到7100rpm左右。相反，当使上述发动机的转速向低转速方向变迁时，例如降低到700rpm时，脉动波的固有频率必然改变为4.11倍。例如，当供油管1、2的宽度仍为34mm不变，而把长度延长到330mm，连接管4为外径4.76mm×壁厚0.7mm，长度为1100mm时，脉动波的固有频率就变为58ms，即，能将V型六缸发动机的共振点变迁到690rpm左右。
此外，在各种不同实施例中，为把共振点变迁到发动机的高转速范围以外，可借助于使用一对连接管4，将其绕成环形，就能使共振点提高大约1.5倍。这种方法如图2所示，在宽度为35mm的供油管1、2的两端，连接第一连接管4和第二连接管9，就成了由供油管1、2与一对连接管4、9所构成的环形结构。而且，供油管1、2的脉动波的传播速度为290m/s，长度为315mm，一对连接管4、9的长度为210mm，输送管5的长度为2000mm。此外，连接管4、9与输送管5的断面都是外径8mm×壁厚0.7mm。在这种构成中，用数值解析法所得的脉动波固有频率为9.4ms，即，共振点为4260rpm左右。
此外，当供油管1、2的宽度为28mm，脉动波的传播速度就变为400m/s，在使一对连接管4、9的断面从外径8mm×壁厚0.7mm改变为外径10mm×壁厚0.7mm时，就能使脉动波的固有频率变迁为5.5ms，即，能使共振点变迁到7270rpm。
下面，说明直列式发动机中共振点的实际例子，和控制共振点的例子。当直列式三汽缸发动机的供油管1的体积弹性系数为70Mpa，即脉动波的传播速度为290m/s，其长度为315mm时，输送管5的断面为外径8mm×壁厚0.7mm，长度为1900mm时，如图19所示，脉动波的固有频率的试验结果为51.3ms。在三汽缸发动机的情况下，按照上述数学式1计算得出的脉动共振点约为780rpm。当使上述发动机的转速向低转速方向变迁时，例如降低到700rpm时，根据780rpm/700rpm的比例，脉动波的固有频率必然改变为1.11倍。例如，当把输送管5的断面定为外径6.35×壁厚0.7mm时，脉动波的固有值便变迁为68ms，即，在直列式四汽缸发动机中，能将共振点变迁到590rpm左右。
此外，说明对置式发动机中如图27所示的其他不同的实施例。这种发动机是把由多个汽缸组成的汽缸组布置成水平方向相对，或者布置成V型的对置式发动机，各汽缸组的每一个喷嘴3都通过支管12一根供油管1连接。在本实施例中，无论是水平方向相对的还是V型的对置式发动机，都不需要连接管。容器箱，供油管1和以前的实施例一样，也是扁平的，宽度为34mm，高度为10.2mm，外轮廓的角部做成半径R为3.5mm的圆角，长度为315mm。此外，当输送管5由外径为8mm，壁厚为0.7mm的圆管做成，长度为1900mm时，如图19所示，脉动波的固有频率为51.3ms。在对置式六汽缸发动机中，脉动共振点为390rpm，因此，能将共振点迁移到常用转速的范围之外。
此外，再说明在其他不同的实施例中，在供油管1与输送管5之间再加上如图6所示的节流管11的例子。供油管1的脉动波的传播速度为290m/s，长度为315mm；输送管5是外径8mm×壁厚0.7mm的圆管，长度为1875mm；节流管11的内径为3mm，长度为25mm。当用数值解析法计算脉动波的固有频率时，与不设节流管11的情况相比，脉动波的固有频率变成90.9ms，共振点为440rpm。
本发明对于使用一对供油管的V型对置式发动机，水平对置式发动机那样的对置式发动机，以及使用一根供油管的直列式发动机的非回油式燃料供应机构，能够随意控制脉动共振的发生范围，所以能消除由于脉动共振发生在发动机经常使用的最佳转速范围内而产生的种种不利的情况。
Claims (10)
1.一种对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管连接在连接管上，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与连接管的流道断面积的比例；和连接管的长度，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
2.如权利要求1所述的对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，其特征在于，上述一对供油管用一对连接管连接成环形。
3.一种对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管连接在连接管上，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接；其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与连接管的流道断面积的比例；和连接管的长度，以便借助于缩短共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的高转速范围之外。
4.如权利要求3所述的对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，其特征在于，上述一对供油管用一对连接管连接成环形。
5.一种对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，分别布置在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组上，上述一对供油管，通过内径做得比后述的连接管小的节流管，与连接管连接，这根连接管的一部分通过输送管，或者，一方的供油管直接通过输送管，与燃料箱连接，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在一对供油管中间发生的共振现象的周期，通过设置在供油管与连接管之间的节流管与供油管的流道断面积的比例，和节流管的长度这两种因素中的至少一种因素来控制，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
6.如权利要求5所述的对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，其特征在于，上述一对供油管用一对连接管连接成环形。
7.一种对置式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在一种燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的一根非回油式供油管，通过支管分别连接在由多个汽缸组成的汽缸组所构成的，布置成水平相对，或者布置成V型的对置式发动机的各个汽缸组的喷嘴上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；和输送管的长度，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
8.一种直列式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在一种燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱中间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；和输送管的长度，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
9.一种直列式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在一种燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机上，上述供油管通过输送管连接在燃料箱一侧，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱中间发生的共振现象的周期，通过以下各种因素中的至少一种因素来控制：供油管管壁的刚度；供油管的长度；供油管与输送管的流道断面积的比例；输送管的长度，以便借助于缩短共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的高转速范围之外。
10.一种直列式发动机的脉动共振点发生范围的控制方法，它是在一种燃料供应系统中，把具有向发动机的吸气管喷射燃料的多个喷嘴，同时又不设置返回燃料箱的回油流道，而具有能够依靠管壁的弹性吸收在喷嘴进行燃料喷射时产生的脉动波的脉动波吸收机能的非回油式供油管，布置在由多个汽缸组成的直列式发动机的各个汽缸上，上述供油管，通过输送管与燃料箱连接，其特征在于，喷嘴在喷射燃料时产生的脉动波在供油管与燃料箱中间发生的共振现象的周期，通过设置在供油管与输送管之间的节流管与供油管的流道断面积的比例，和节流管的长度这两种因素中的至少一种因素来控制，以便借助于延长共振现象的周期，使脉动共振点迁移到发动机的低转速范围之外。
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