RU2026503C1

RU2026503C1 - Device for air induction into internal combustion engine

Info

Publication number: RU2026503C1
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; В.Н. Луканин; Р.Н. Старобинский; А.В. Соколов
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1991-06-06
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: device has air cleaner 1, air intake branch pipe 2, and system of quarter-wavelength resonators. The system is made up of air duct 3 coupled with the space of air cleaner 1 and provided with regulators 4-12 of its length. The regulators are made up of rotatable gates which fully overlap the cross-section of air duct 3 at extreme positions resulting in forming of a blind resonator. When the closed part of air duct 3 (the blind resonator) is connected to the space of air duct 3, resonance oscillations occur in the resonator space. The oscillations are attended with enhanced sucking of air from space 1. As the result, the outlet section of air intake branch pipe 2 decreases emission of sound. EFFECT: improved design. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к транспорту, а именно к созданию транспортных средств, например автомобилей, с низким шумовым излучением в окружающую среду. The invention relates to transport, and in particular to the creation of vehicles, for example automobiles, with low noise emissions into the environment.

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. The closest known solution is a device for admitting air into an internal combustion engine of a vehicle, comprising an air cleaner, an air intake pipe connected thereto, a drive and a quarter-wave resonator system.

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. The disadvantage of this device is the insufficient efficiency of damping the noise of the pulsations of the air-gas mixture in the intake tract of the internal combustion engine, which negatively affects the noise and hydrodynamic indicators.

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. The aim of the invention is to increase the efficiency of the device in certain areas or in the entire speed range of the engine by ensuring the suppression of noise in the environment.

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.This is achieved by the fact that in the known device for air intake into the internal combustion engine of a vehicle, comprising an air cleaner, an intake pipe connected to it, a drive and a quarter-wave resonator system, the quarter-wave resonator system is made in the form of an air duct connected to the air cleaner cavity and provided with at least two regulators of its length, while the lengths of the adjustable sections of the duct are determined from the expression
l =

where τ is the engine cycle coefficient (for a two-stroke engine τ = 1, for a four-stroke engine τ = 2);
i is the number of engine cylinders;
s is the speed of sound, m / s;
n is the engine speed.

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. In addition, the regulators are kinematically connected with the actuator actuator controlled by the on-board computer, and are made in the form of rotary dampers. In this case, the drive is made in the form of a servomotor, and the air duct is made in the form of a loop closed on the air cleaner body, one of the regulators being located at equal distances from the connection points of the loop to the air cleaner cavity.

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. In FIG. 1 shows a diagram of an air intake device; figure 2 is a diagram of the dynamics of processes occurring during operation of the device; figure 3 is a schematic diagram of the operation of the device.

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. The device comprises an air cleaner 1, an intake pipe 2 and a quarter-wave resonator system, which is made in the form of an air duct 3 connected to the cavity of the air cleaner 1 and equipped with regulators 4. ..12 of its length. An exhaust window 13 is made in the air cleaner 1 and a filter element 14 is installed.

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. The regulators 4 ... 12 are kinematically connected with the actuator 15 of the drive 16, which is controlled by the on-board computer, which monitors the parameters of one of the systems (for example, the ignition system 17) through the switch 18 of the ignition pulses and the microprocessor 19. The regulators 4 ... 12 can be made in the form of rotary dampers, spools, etc., completely overlapping the cross section of the duct 3 in its extreme positions, thereby achieving the formation in a certain way tuned quarter-wave dead-end resonator connected to the cavity and air cleaner 1. The drive 16 can be made in the form of a servo or stepper motor. The air duct 3 can be made in the form of a loop closed on the air cleaner 12 body, while the damper-regulator 6 is located at equal distances from the connection points “A” and “B” of the loop to the cavity of the air cleaner 1. The intake pipe 20 of the engine and one of its pistons 21.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. The reciprocating movement of the piston 21 creates gas vibrations in the intake pipe 20, which are transmitted through the outlet window 13 to the cavity of the air cleaner 1. Due to these oscillations, the gas in the air cleaner chamber periodically compresses, its density increases and the amount of gas in the volume of the air cleaner chamber 1 increases. In this case, part of the gas entering the air purifier cavity is spent on increasing the amount of gas in its chamber, and part enters the air intake pipe 2. The variable gas supply to the pipe 2 creates gas velocity fluctuations in it. These fluctuations cause the emission of sound (indicated by arrows) by the output cut of the pipe 2 into the environment. When connecting to the cavity of the air cleaner 1 of a closed section of the duct (dead end resonator) 3, the length of which corresponds to 1/4 of the wavelength of the vibrations of the sound excited (radiated) in the pipe 2, resonant vibrations occur in the cavity of the resonator. These oscillations are accompanied by a strong compression of the gas in the cavity and enhanced suction of the gas from the chamber of the air cleaner 1. In this case, the amount of pulsating gas entering the air intake pipe 2 is significantly reduced and, accordingly, the sound emission decreases by the output cut of the air intake pipe 2 into the environment.

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.In general, the length of the adjustable section of the duct 3 (dead end resonator) is determined by the formula
l =

, (1) where c is the speed of sound, m / s;
f ₄ - pulse frequency, s ^-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.Here is the pulse frequency
f _and =

, (2) where n is the engine speed, min ^-1 ,
i is the number of cylinders;
τ is the tact factor (τ = 2 or for 4-stroke ICEs and τ = 1 for 2-stroke ICE)
After the stand (2) in (1) receive
l =

, (3)
From formula (3) it is seen that for various revolutions n it is necessary to set a certain length of the adjustable section of the duct. The engine speed is stored in the memory of the on-board computer, which tracks them in one of the systems, for example, tracks the number of ignition pulses proportional to the engine speed, and when this engine speed is reached, it gives the corresponding command to the actuator 15 of the drive 16, including certain quarter-wave ones resonators formed in the duct 3 by regulators 4-12, made in the form of dampers, spools, valves, etc.

Таким образом, число применяемых регуляторов 4-12 достигается, исходя из достижения необходимого эффекта улучшения шума в заданном скоростном диапазоне работы двигателя. Thus, the number of applied regulators 4-12 is achieved on the basis of achieving the necessary effect of improving noise in a given speed range of the engine.

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. This device is presented with dual, equally tuned quarter-wave dead-end resonators, which makes it more efficient due to the exhaustion into the resonators from the chamber of the air cleaner 1 from its two opposite sides and increase the suction performance. In this case, in a mode close to the maximum torque mode, the shutter (regulator) 8 is closed, which is located in the center of the air duct 3 between points "A" and "B". This mode, firstly, is characterized by increased noise formation at the inlet (maximum engine fill factor modes), as well as the need to ensure maximum values of the effective engine torque and minimum specific fuel consumption. In this regard, it is very important to "calm" the pulsations of the gas in the chamber of the air purifier 1 and thereby increase the volumetric flow rate of the air sucked into the engine (due to the reduction of the process resistance with smoothed pulsations) and reduce the excitation of the air column enclosed in the intake port 2, etc. radiated noise by its free cut into the environment.

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. And namely, starting from these modes, up to the maximum engine speed, two parallel quarter-wave dead-end resonators are connected, which effectively smooth out these pulsations. When the maximum speed is reached, the controllers 4 and 12 overlap at the command of the computer.

Claims

1. A DEVICE FOR INLETING AIR INTO THE VEHICLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising an air cleaner, an air intake pipe connected to it, a drive and a quarter-wave resonator system, characterized in that, in order to increase the efficiency of the device in separate sections or throughout the entire speed range of the engine ensuring the suppression of noise emissions into the environment, in it the system of quarter-wave resonators is made in the form of an air duct connected to the cavity of the air purifier and equipped with at least two regulators of its length, the length of the adjustable sections of the duct is determined from the expression

where τ is the engine cycle coefficient (for a 2-stroke engine t = 1, for a 4-stroke engine t = 2);
i is the number of engine cylinders;
c is the speed of sound, m / s;
n is the engine speed.

2. The device according to p. 1, characterized in that the regulators are kinematically connected with the actuator actuator controlled by the on-board computer.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the regulators are made in the form of rotary dampers.

4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the drive is made in the form of a servomotor.

5. The device according to claims 1 to 4, characterized in that the duct is made in the form of a loop closed on the air cleaner body, while one of the regulators is located at equal distances from the points of connection of the loop to the air cleaner cavity.