RU2078220C1

RU2078220C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2078220C1
Application number: RU94024842/06A
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; В.А. Проскурин; Е.Г. Ротман; С.Н. Акимкин
Original assignee: Акционерное общество - Научно-технический центр "АвтоВАЗ"
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1997-04-27
Also published as: RU94024842A

Abstract

FIELD: manufacture of engines; multicylinder engines with injection of fuel into cylinders. SUBSTANCE: internal combustion engine has cylinder head 1 with intake openings 2 where intake valves 3 are arranged, intake branch pipes 4 running directly from intake openings 2 to gas receiver 6 connected to air cleaning system 5. Side wall of receiver 6 is provided with connecting holes 7 for branch pipes 4. Pipe union 9 is mounted in receiver 6 longitudinally and is secured on side wall 8; outlet of pipe union is connected to air cleaning system 5. Pipe union 9 is made from gas-penetrable sound-absorbing material. Length of pipe union is no less than distance between point of its attachment on receiver 6 and farthest shear 10 of connecting hole 7 of extreme (relative to attachment point) intake branch pipe 4. EFFECT: enhanced efficiency in wide frequency and speed range at simultaneous simplification of construction, reduced metal usage and overall dimensions; effective arrangement of units in engine compartment. 8 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры. The invention relates to engine building, in particular to multi-cylinder internal combustion engines with fuel injection into cylinders.

В системах впуска карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) наличие диффузорных элементов обеспечивает ослабление резонансных свойств системы в целом, т. к. вследствие значительных активных сопротивлений этих элементов система становится менее "добротной" (т.е. резонансные частоты являются задемпфированными). Это в определенной степени является положительным фактором, т.к. с одной стороны, компенсируются потери наполнения цилиндров (потери эффективной мощности, улучшение экономичности двигателя) вследствие снижения резонансных амплитуд пульсаций объемного расхода воздуха (а рост гидросопротивлений системы, как известно, пропорционален квадрату амплитуды пульсаций расхода газа), с другой стороны, подавление резонансных пульсаций газа во впускной системе ДВС благоприятно с точки зрения звукового (шумового) излучения в окружающую среду, производимого как открытыми концами воздухозаборных патрубков воздухоочистителя (аэродинамический шум), так и вибрирующими стенками элементов системы впуска (структурный шум, корпусной шум). In the intake systems of carburetor internal combustion engines (hereinafter ICE), the presence of diffuser elements provides a weakening of the resonant properties of the system as a whole, since due to the significant active resistances of these elements the system becomes less “sound” (i.e., the resonant frequencies are damped). This is to some extent a positive factor, as on the one hand, cylinder filling losses (loss of effective power, improved engine efficiency) are compensated for due to a decrease in the resonant amplitudes of the pulsations of the volumetric air flow (and the increase in the system’s hydraulic resistance is known to be proportional to the square of the amplitude of the gas flow pulsations), on the other hand, the suppression of resonant gas pulsations in the intake system of the internal combustion engine is favorable from the point of view of sound (noise) radiation into the environment, produced as the open ends of the air intake pipes hoochistitelya (aerodynamic noise), and the vibrating walls of the intake system components (pattern noise, acoustic emission).

Таким образом, устранение карбюратора как консервативного устройства, не обеспечивающего высокие экологические характеристики ДВС и транспортного средства в целом ("грубая" дозировка топлива, испарение паров топлива из карбюратора и пр.) и применение системы электронного впрыска топлива вызывает необходимость применения в конструкциях ДВС устройств ослабления или устранения перечисленных выше нежелательных явлений. Для этой цели в настоящее время известно использование самых разнообразных устройств. Thus, the elimination of the carburetor as a conservative device that does not provide high environmental characteristics of the internal combustion engine and the vehicle as a whole ("coarse" fuel dosage, evaporation of fuel vapor from the carburetor, etc.) and the use of electronic fuel injection makes it necessary to use attenuation devices in the internal combustion engine designs or eliminate the above adverse events. For this purpose, the use of a wide variety of devices is currently known.

Так, например, японская фирма "Ямаха Мотор" в заявке N 61-244824, F 02 B 27/00, публ. 31.10.86 для снижения пульсации и шума предлагает использовать два ресивера, параллельно и последовательно подключенных к трассе трубопровода. So, for example, the Japanese company "Yamaha Motor" in the application N 61-244824, F 02 B 27/00, publ. 10/31/86, to reduce ripple and noise, it proposes the use of two receivers, connected in parallel and in series to the pipeline route.

Японская фирма "Хонда Мотор" в заявке N 63-219866, F 02 M 35/10, публ. 13.09.88 предлагает для снижения шума при всасывании использовать два раздельных воздушных трубопровода, соединяющих воздухоочиститель и ресивер с двумя управляемыми дроссельными заслонками, обеспечивающими закрытие вспомогательного канала на низких оборотах и открытое состояние обеих соединительных трубопроводов на высоких оборотах. Эта же фирма в заявке N 61-190159, F 02 M 35/12, публ. 14.01.87 в целях обеспечения шумоглушения в широком диапазоне частот предлагает соединять с впускной трубой два устройства шумоглушения 1/4-волновой резонатор тупикового типа и резонансную камеру. The Japanese company "Honda Motor" in the application N 63-219866, F 02 M 35/10, publ. 09/13/88 suggests to use two separate air lines connecting the air cleaner and receiver with two controlled throttles to reduce the noise at the suction, providing closing of the auxiliary channel at low revs and the open state of both connecting pipelines at high revolutions. The same company in the application N 61-190159, F 02 M 35/12, publ. 14.01.87 in order to ensure sound attenuation in a wide range of frequencies, it proposes to connect two noise suppression devices with a dead end type 1/4-wave resonator and a resonance chamber to the inlet pipe.

В ЕПВ N 0278117, F 02 B 27/00, публ. 17.08.88 для использования эффектов повышения наполнения цилиндров за счет подавления резонансных пульсаций газа путем их сложения в противофазе предлагается использовать взаимосогласованные дополнительные резонансные трубы и дополнительный ресивер. EPO N 0278117, F 02 B 27/00, publ. 08.17.88 to use the effects of increasing the filling of the cylinders by suppressing resonant gas pulsations by adding them in antiphase, it is proposed to use mutually agreed additional resonant tubes and an additional receiver.

Австрийская фирма "АВЛ" в заявке ФРГ N 3820607, F 01 B 25/00, публ. 29.12.88 для расширения диапазона эффективной работы дополнительного резонатора предлагает выполнять его конструкцию изменяемого объема в зависимости от скорости вращения коленвала. The Austrian company "AVL" in the application of Germany N 3820607, F 01 B 25/00, publ. 12/29/88 to expand the range of effective operation of the additional resonator offers to carry out its design of variable volume depending on the speed of rotation of the crankshaft.

Японская фирма "Ниппон радэиэта" в заявке Японии N 62-48047, F 01 N 1/02, публ. 12.10.87 предлагает, с целью повышения эффекта глушения шума, взамен использования крупногабаритных сложных конструкций глушителей применять антирезонансную впускную трубу, включающую управляемый источник шума или вибраций, электромагнитный клапан, приемные акустические датчики, управляющий процессор. The Japanese company "Nippon Radio" in the application of Japan N 62-48047, F 01 N 1/02, publ. 12.10.87 proposes, in order to increase the effect of damping noise, instead of using large-sized complex designs of silencers, use an anti-resonance inlet pipe including a controlled source of noise or vibration, an electromagnetic valve, receiving acoustic sensors, and a control processor.

Японская фирма "Хитачи сэйсакусе" в заявке Японии N 2-4840, F 16 L 55/04, публ. 30.01.90, для снижения пульсации в системе трубопроводов предлагает трубопровод разветвлять по меньшей мере на два канала, на различных расстояниях от точки разветвления размещать расширительные камеры, отражающие прямые падающие волны назад к источнику пульсаций (цилиндру двигателя), причем расстояние между стенками камер выбирается определенным образом. Japanese company "Hitachi seisakuse" in the application of Japan N 2-4840, F 16 L 55/04, publ. 01/30/90, in order to reduce ripple in the piping system, it proposes to branch the pipeline into at least two channels, to place expansion chambers at different distances from the branch point, reflecting direct incident waves back to the ripple source (engine cylinder), and the distance between the walls of the chambers is selected way.

Английское отделение фирмы "Форд Мотор" в заявке Великобритании N 2203488, F 02 B 29/00, публ. 19.10.88 для подавления пульсаций газа и шума во впускном коллекторе предусматривает установку антизвука в виде специального громкоговорителя или специального резервуара с электроклапаном. The English branch of the Ford Motor company in the application of Great Britain N 2203488, F 02 B 29/00, publ. 10.19.88 to suppress pulsations of gas and noise in the intake manifold provides for the installation of anti-sound in the form of a special loudspeaker or a special reservoir with an electrovalve.

Японская фирма "Ниссан Дзидося" в японской заявке N 51-23656, F 02 B 37/00, публ. 08.05.89 для снижения шума впуска ДВС и повышения мощности, вследствие снижения обратного тока наддувочного воздуха, предлагает использовать специальную конструкцию глушителя в виде расширительной камеры с внутренними трубками определенного соотношения диаметров и определенного расстояния срезов труб между собой. Japanese company Nissan Jidosia in Japanese application N 51-23656, F 02 B 37/00, publ. 05/08/89, to reduce the intake noise of the internal combustion engine and increase power, due to a decrease in the reverse current of the charge air, it is proposed to use a special silencer design in the form of an expansion chamber with internal tubes of a certain ratio of diameters and a certain distance of the pipe sections between each other.

Канадское отделение фирмы "Сименс-Бэндикс" в патенте США N 4934343, F 02 M 35/00, для глушения шума газового потока, без существенного влияния на гидравлическое сопротивление впускного тракта, предусматривает применение двух диффузорных секций на раздвоенном участке газопровода, обеспечивающих фазовый сдвиг и компенсацию амплитуд пульсаций при их сложении в зоне соединения. The Canadian branch of Siemens Banks in US Pat. No. 4,934,343, F 02 M 35/00, for damping gas flow noise without significantly affecting the hydraulic resistance of the inlet tract, provides for the use of two diffuser sections in a bifurcated section of the gas pipeline that provide phase shift and compensation of pulsation amplitudes when they are added in the connection zone.

Французской фирмой "Пежо" в патенте Франции N 2536792, публ. 22.06.84 заявляется использование сужающей проходное сечения впускной трубы дроссельной шайбы или диффузорной вставки для снижения шума впуска ДВС с непосредственным впрыском топлива. Дроссельная шайба или диффузорная вставка для обеспечения требуемой эффективности располагается в зоне пучности волны колебательной скорости газового потока на некотором заданном скоростном режиме работы ДВС. Очевидным недостатком устройства является рост гидравлических сопротивлений впускной системы вследствие заужения проходного сечения и, как следствие, ухудшение мощностных, экономических и экологических (токсических) показателей ДВС. Так же расположение дроссельной шайбы или диффузорной вставки в одно конкретное место впускной трассы позволяет эффективно воздействовать только на одну резонансную частоту и кратные ей нечетные гармоники, т. е. имеется в наличии ограниченное воздействие на отдельных скоростных режимах работы ДВС. The French company Peugeot in French patent N 2536792, publ. 06/22/84 the use of a throttling plate or diffuser insert narrowing the inlet section of the inlet pipe to reduce the intake noise of ICE with direct fuel injection is claimed. The throttle washer or diffuser insert to ensure the required efficiency is located in the antinode wave of the vibrational velocity of the gas stream at some given speed mode of operation of the internal combustion engine. An obvious disadvantage of the device is the increase in hydraulic resistance of the intake system due to narrowing of the bore and, as a consequence, the deterioration of power, economic and environmental (toxic) parameters of ICE. Also, the location of the throttle washer or diffuser insert in one specific place of the inlet route allows you to effectively affect only one resonant frequency and odd harmonics multiple to it, i.e., there is a limited effect on individual speed modes of the internal combustion engine.

Американское отделение формы "Сименс-Бендикс" в патенте США N 4907547, F 02 M 35/10, публ. 13.03.90 для подавления шумов и пульсаций в системе впуска ДВС предлагает использовать специальный отражатель волн, располагаемый поперек впускной трубы одного из цилиндров и пары цилиндров на вращающемся валике, который, поворачиваясь, обеспечивает избирательное открытие одной из соседних впускных труб цилиндра ДВС. The American branch of the Siemens Bendix form in US patent N 4907547, F 02 M 35/10, publ. 03/13/90 to suppress noise and pulsations in the intake system of the internal combustion engine, it is proposed to use a special wave reflector located across the inlet pipe of one of the cylinders and a pair of cylinders on a rotating roller, which, when turned, provides the selective opening of one of the neighboring inlet pipes of the internal combustion engine cylinder.

Японской фирмой "Мазда Мотор" в ЕВП N 0376299, F 02 M 35/12, публ. 04.07.90 для подавления газовых пульсаций и шума во впускной системе ДВС предусмотрено использование специального приспособления для подавления каждой из резонансных гармоник пульсаций кратных (0,5 + н) длинам резонансных волн пульсаций, где н целое число равное нулю или более нуля. The Japanese company Mazda Motor in ЕВП N 0376299, F 02 M 35/12, publ. 07/04/90 to suppress gas pulsations and noise in the intake system of the internal combustion engine, a special device is provided for suppressing each of the resonant harmonics of pulsations that are multiples of (0.5 + n) the lengths of the resonant waves of pulsations, where n is an integer equal to zero or more than zero.

Германской фирмой "Фольксваген" в заявке ФРГ N 3742322, F 02 M 35/10, публ. 07.07.88 предусматривается демпфировать колебания потока всасывающего воздуха в ДВС за счет включения во впускной тракт дополнительного "успокоительного" ресивера с эластичными стенками, в которых за счет упругих деформаций стенок ресивера, вследствие пульсирующего воздействия газового потока, будет происходить преобразование энергии пульсаций в тепловую энергию в упругом материале стенки с высоким внутренним трением материала (резины). К очевидным недостаткам такой системы следует отнести дороговизну устройства, нестабильность характеристик, малую долговечность, опасность попадания неочищенного воздуха в цилиндры ДВС при повреждении упругой стенки, существенное излучение звука "пульсирующей" упругой стенкой и т.п. The German company Volkswagen in the application of Germany N 3742322, F 02 M 35/10, publ. 07.07.88 it is planned to damp the fluctuations in the intake air flow in the internal combustion engine due to the inclusion of an additional “soothing” receiver with elastic walls in the intake tract, in which, due to the elastic deformation of the receiver walls, due to the pulsating effect of the gas flow, pulsation energy will be converted into thermal energy into elastic wall material with high internal friction of the material (rubber). The obvious disadvantages of such a system include the high cost of the device, the instability of the characteristics, low durability, the risk of untreated air entering the ICE cylinders when the elastic wall is damaged, significant sound emission from the “pulsating” elastic wall, etc.

Анализируя и обобщая результаты вышеприведенного патентного обзора следует сделать вывод, что все вышеперечисленные устройства улучшения акустических характеристик и снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС и соответственно улучшения их мощностных, экономических и экологических показателей связаны с использованием дополнительных расширительных или резонансных камер, подключаемых как параллельно, так и последовательно к впускному тракту, использованием электронных систем формирования искусственных противофазных сигналов для компенсации реальных сигналов пульсаций и шума, использованием дополнительных ресиверов, дополнительных управляемых воздуховодов и камер с изменяемым объемом, разветвленных газоводов с фазоуправляемыми диффузорными секциями. Analyzing and summarizing the results of the above patent review, it should be concluded that all of the above devices to improve acoustic performance and reduce gas-dynamic pulsations in the intake systems of ICEs and, accordingly, improve their power, economic and environmental performance are associated with the use of additional expansion or resonance chambers connected in parallel and sequentially to the intake tract using electronic systems for the formation of artificial anti communication signals to compensate actual signals ripple and noise, using additional receivers, additional controlled ducts and chambers with variable volume, branched gazovodov fazoupravlyaemymi with diffuser sections.

В качестве прототипа принят двигатель внутреннего сгорания фирмы "Мазда Мотор", описанный в заявке ЕПВ N 0379926, F 02 M 35/12, публ. 01.08.90, содержащий головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленной на его торцевой стенке, штуцер. К системе впуска двигателя подключены три резонансных глушителя (между дроссельной заслонкой и воздухоочистителем), непосредственно сообщенных с объемом ресивера, трубой между ресивером и камерой воздухоочистителя и с объемом камеры воздухоочистителя соответственно. As a prototype adopted the internal combustion engine of the company Mazda Motor, described in the application EPO N 0379926, F 02 M 35/12, publ. 08/01/90, containing a cylinder head with inlet openings in which inlet valves are installed, inlet nozzles extending directly from the inlet openings and exiting into the gas collection receiver, the side wall of which is provided with connecting holes for the said nozzles, and mounted along the receiver cavity fixed to it end wall, fitting. Three resonant silencers are connected to the engine intake system (between the throttle and the air cleaner), which are directly connected to the receiver volume, the pipe between the receiver and the air cleaner chamber and the volume of the air cleaner chamber, respectively.

Эффективность такого типа систем впуска ДВС приемлема только в узком частотном (скоростном) диапазоне, что вызывает необходимость применения одновременно трех глушителей. The effectiveness of this type of ICE intake systems is acceptable only in a narrow frequency (speed) range, which necessitates the use of three silencers simultaneously.

Но, учитывая широкий скоростной режим работы двигателя, наличие большого числа собственных частот колебаний отдельных элементов газоводов, резонирующих при совпадении их с частотами (или их кратными гармониками) вынужденных колебаний (пульсаций газа в процессе открытия и закрытия впускных клапанов и в моменты перекрытия фаз в процессах впуска и выпуска газа в ДВС), использование даже нескольких остронастроенных параллельно подключенных резонаторов не может обеспечить требуемую эффективность во всем эксплуатационном диапазоне оборотов и нагрузок, а способно лишь подавить или несколько скорректировать наиболее ярко выраженные "акустические дефекты" системы на отдельном (отдельных) режимах, что подтверждается приведением в заявке иллюстрациями экспериментальных оценок. But, given the wide speed mode of the engine, the presence of a large number of natural frequencies of oscillations of individual elements of the gas ducts, resonating when they coincide with the frequencies (or their multiple harmonics) of forced oscillations (gas pulsations during the opening and closing of the intake valves and at the time of phase overlap in the processes gas inlet and outlet in ICE), the use of even several highly tuned parallel-connected resonators cannot provide the required efficiency over the entire operating range s and loads, and it is only capable of suppressing or slightly correcting the most pronounced "acoustic defects" of the system in separate (separate) modes, which is confirmed by the experimental estimates presented in the application.

Очевидны недостатки прототипа так же и с точки зрения материалоемкости, ограниченных возможностей компоновки в стесненном пространстве моторного отсека автомобиля, а также неблагоприятного влияния на изменение коэффициента избытка воздуха в процессе впуска на режимах интенсивного разгона двигателя. The disadvantages of the prototype are also obvious from the point of view of material consumption, limited layout options in the cramped space of the engine compartment of the car, as well as the adverse effect on the change in the coefficient of excess air during the intake during intensive engine acceleration.

Задача изобретения повышение эффективности системы впуска двигателя в широком частотном и скоростном диапазонах при одновременном упрощении конструкции, уменьшении материалоемкости и габаритов, упрощение компоновочных решений агрегатов в моторном отсеке. The objective of the invention is to increase the efficiency of the engine intake system in a wide frequency and speed ranges while simplifying the design, reducing material consumption and dimensions, simplifying the layout decisions of the units in the engine compartment.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, снабженные средствами топливоподачи впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в подключенный к системе воздухоочистки газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке штуцер, последний размещен внутри ресивера, его выход подключен к системе воздухоочистки двигателя, при этом штуцер выполнен из газопроницаемого звукопоглощающего материала, а его длина составляет не менее расстояния от точки закрепления штуцера на ресивере до наиболее удаленного среза присоединительного отверстия крайнего по отношению к точке крепления штуцера присоединительного патрубка. The essence of the invention lies in the fact that in the known internal combustion engine containing a cylinder head with inlet openings, in which there are inlet valves equipped with fuel supply means, inlet pipes extending directly from the inlet openings and leaving the gas collection receiver connected to the air-cleaning system, the side wall of which equipped with connecting holes for these pipes, and mounted along the cavity of the receiver, mounted on its end wall fitting, last The one located inside the receiver, its outlet is connected to the engine’s air purification system, the nozzle is made of gas-permeable sound-absorbing material, and its length is not less than the distance from the attachment point of the nozzle to the receiver to the most distant cut of the connecting hole of the connecting pipe .

В связи с тем, что такое устройство скомпоновано в достаточно близкой зоне к впускному клапану и цилиндру основному источнику пульсаций и шума впускной системы и эта зона характеризуется максимальной концентрацией акустической энергии, то в отличие от воздействия на конструктивные параметры воздухоочистителя, значительно удаленного от этой зоны, эффективность подавления шума и пульсаций газа на выпуске может быть достигнута в значительно более сильной степени при минимальном конструктивном воздействии на систему впуска ДВС. Due to the fact that such a device is located in a fairly close zone to the inlet valve and cylinder, the main source of pulsations and noise of the inlet system and this zone is characterized by the maximum concentration of acoustic energy, in contrast to the impact on the design parameters of the air purifier, far removed from this zone, the efficiency of suppressing noise and gas pulsations at the outlet can be achieved to a much stronger degree with minimal structural impact on the ICE intake system.

В действительности эпюра распределения звукового давления на первой собственной моде впускного тракта, в наибольшей мере ответственной за резонансные явления тракта, характеризуется косинусоидой с максимальным значением в зоне клапана и минимальным значением в зоне камеры воздухоочистителя. Соответственно, располагая устройства подавления шумов и пульсаций ближе к источнику шумов и пульсаций, т. е. к зоне максимальных концентраций волновой энергии можно повысить эффективность их использования. In fact, the plot of the sound pressure distribution on the first eigenmode of the inlet tract, which is most responsible for the resonance phenomena of the tract, is characterized by a cosine wave with a maximum value in the valve area and a minimum value in the area of the air cleaner chamber. Accordingly, by arranging the devices for suppressing noise and ripple closer to the source of noise and ripple, i.e., to the zone of maximum concentration of wave energy, it is possible to increase the efficiency of their use.

Таким образом, в предлагаемом двигателе значительно расширяется полоса эффективного глушения шума, генерируемого колеблющимся объемом газа в полости ресивера в широком диапазоне частот, особенно на низших собственных формах колебаний названного объема. Одновременно с этим намного упрощается конструкция двигателя, поскольку в данном случае вместо трех резонаторов (что имеет место в прототипе) применяется только один. Кроме того, уменьшаются габариты и материалоемкость двигателя, поскольку в данном случае резонатор смонтирован внутри ресивера, а в прототипе три резонатора смонтированы с внешней стороны трассы системы пуска. Очевидно, что в предлагаемом двигателе значительно упрощены компоновочные решения монтажа двигателя в моторном отсеке автомобиля. Thus, in the proposed engine, the band of effectively damping the noise generated by the oscillating volume of gas in the cavity of the receiver over a wide frequency range, especially at the lower eigenmodes of vibration of the named volume, is significantly expanded. At the same time, the design of the engine is much simplified, because in this case, instead of three resonators (which takes place in the prototype), only one is used. In addition, the dimensions and material consumption of the engine are reduced, since in this case the resonator is mounted inside the receiver, and in the prototype three resonators are mounted on the outside of the start system path. It is obvious that in the proposed engine layout solutions for mounting the engine in the engine compartment of the car are greatly simplified.

В грубом приближении конструкцию ресивера, с размещенным внутри него и по всей его длине штуцером, выполненным из газопроницаемого звукопоглощающего материала можно рассматривать как глушитель с последовательной активной фрикцией. In a rough approximation, the design of the receiver, with a fitting placed inside it and along its entire length, made of a gas-permeable sound-absorbing material, can be considered as a silencer with consistent active friction.

На фиг. 1 показан фрагмент заявляемого двигателя (тракт газоподвода в цилиндры двигателя); на фиг. 2 фрагмент поперечного сечения двигателя; на фиг. 3 вариант конструктивного исполнения ресивера; на фиг. 4 схема подключения ресивера к цилиндрам; на фиг. 5 схема ресивера; на фиг. 6 - низшие (три первые) собственные резонансные продольные моды колебаний газового объема, заключенного в объеме ресивера; на фиг. 7 низшие (две первые) собственные резонансные поперечные радиальные моды колебаний газового объема, заключенного в полости ресивера; на фиг. 6 и 7 "P" давление; на фиг. 8 - сечение А-А вариант исполнения штуцера, материал которого представляет собой однородную структуру. In FIG. 1 shows a fragment of the inventive engine (gas supply path to the engine cylinders); in FIG. 2 fragment of the cross section of the engine; in FIG. 3 embodiment of the receiver; in FIG. 4 connection diagram of the receiver to the cylinders; in FIG. 5 receiver circuit; in FIG. 6 - lower (three first) eigen resonant longitudinal vibration modes of the gas volume enclosed in the receiver volume; in FIG. 7 lower (two first) intrinsic resonant transverse radial modes of oscillations of the gas volume enclosed in the cavity of the receiver; in FIG. 6 and 7 "P" pressure; in FIG. 8 is a cross-section AA an embodiment of the fitting, the material of which is a homogeneous structure.

Двигатель внутреннего сгорания содержит головку 1 цилиндров с впускными отверстиями 2, в которых установлены впускные клапаны 3, снабженные средствами топливоподачи (не показаны) впускные патрубки 4, отходящие непосредственно от впускных отверстий 2 и выходящие в подключенный к системе воздухоочистки 5 газосборный ресивер 6, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями 7 для названных патрубков 4, и установленный вдоль полости ресивера 6, закрепленный на его торцевой стенке 8 штуцер 9. Штуцер 9 размещен внутри ресивера 6, его выход подключен к системе воздухоочистки 5 двигателя, при этом штуцер 9 выполнен из газопроницаемого звукопоглощающего материала, а его длина составляет не менее расстояния от точки закрепления штуцера 9 на ресивере 6 до наиболее удаленного среза 10 присоединительного отверстия 7 крайнего по отношению к точке крепления штуцера 9 впускного патрубка 4. Как вариант на свободном срезе 11 штуцера 9 может иметься заглушка 12 (фиг. 3), выполненная из того же материала что и штуцер 9 или из газонепроницаемого материала. The internal combustion engine contains a cylinder head 1 with inlet openings 2, in which inlet valves 3 are installed, equipped with fuel supply means (not shown) inlet pipes 4, extending directly from inlet openings 2 and exiting into the gas collection receiver 6 connected to the air cleaning system, side wall which is equipped with connecting holes 7 for the named pipes 4, and mounted along the cavity of the receiver 6, mounted on its end wall 8, the fitting 9. The fitting 9 is placed inside the receiver 6, e o the output is connected to the engine air purification system 5, while the nozzle 9 is made of a gas-permeable sound-absorbing material, and its length is not less than the distance from the fastening point of the nozzle 9 on the receiver 6 to the farthest cut 10 of the connecting hole 7 of the extreme with respect to the attachment point of the nozzle 9 inlet pipe 4. Alternatively, a free cut 11 of the nozzle 9 may have a plug 12 (Fig. 3) made of the same material as the nozzle 9 or of a gas-tight material.

Присоединительная часть штуцера 9 на входе в ресивер 6 выполнена плавно сужающейся. The connecting part of the fitting 9 at the entrance to the receiver 6 is made smoothly tapering.

Дополнительно на фиг. 1 показаны: торцевая стенка 13 (в которой, как вариант, может быть выполнено отверстие с заглушкой 14 (фиг. 3), причем диаметр отверстия превышает диаметр штуцера 9) ресивера 6, дроссельная заслонка 15 и ее привод 16, впускная труба 17, воздухозаборный патрубок 18 воздухоочистителя; на фиг. 2 составная часть 19 патрубков 4 и камера сгорания 20 двигателя; на фиг. 4 поршень 21. Additionally, in FIG. 1 shows: an end wall 13 (in which, as an option, a hole with a plug 14 can be made (Fig. 3), the diameter of the hole exceeding the diameter of the fitting 9) of the receiver 6, the throttle valve 15 and its drive 16, the intake pipe 17, the intake the pipe 18 of the air purifier; in FIG. 2 component 19 of the nozzles 4 and the combustion chamber 20 of the engine; in FIG. 4 piston 21.

Открытие клапана 3 вызывает перепад давлений в емкости цилиндра, которая образована днищем поршня 21 и камерой сгорания 20, за клапаном 3 и в окружающей среде, при этом колебательный импульс в виде упругих волн распространяется в воздушной среде, заполняющей впускной тракт, вследствие чего происходит возбуждение воздушных объемов патрубков 4 и 19 с закрытыми клапанами 3 (тупиковых волноводов) и взаимодействие и связанность звуковых полей и газодинамических пульсаций газа в патрубках 4 и 19, что затрудняет разобщающее (разделяющее) действие ресивера 6, формирование звукового поля в пространстве ресивера 6, отражение звуковых волн от стенок ресивера 6 по направлению к клапанам 3 патрубков 4 и 19 и "вытеснение" звуковой энергии во впускную трубу 17, как в передающий волновод с определенной акустической проводимостью (определенным акустическим сопротивлением) и вызывает необходимость скачкообразного преодоления роста акустического сопротивления при прохождении упругих волн в штуцер 9 через его пористую структуру, в результате чего происходит рассеивание колебательной (звуковой) энергии в пористом воздухопроницаемом звукопоглощающем материале штуцера 9 вследствие трения в нем колеблющихся частиц газа и потерь энергии вследствие микродинамических деформаций материала, и превращение этой колебательной энергии в тепловую. Также, дополнительно к рассеиванию колебательной энергии газа в пористом материале штуцера 9, происходит рост звукоизоляции системы в направление входного среза воздухозаборного патрубка 18. The opening of the valve 3 causes a pressure differential in the cylinder barrel, which is formed by the piston bottom 21 and the combustion chamber 20, behind the valve 3 and in the environment, while the vibrational pulse in the form of elastic waves propagates in the air medium filling the inlet tract, as a result of which air volumes of pipes 4 and 19 with closed valves 3 (dead-end waveguides) and the interaction and connectedness of sound fields and gas-dynamic gas pulsations in pipes 4 and 19, which complicates the uncoupling (separating) action of the res faith 6, the formation of a sound field in the space of the receiver 6, the reflection of sound waves from the walls of the receiver 6 towards the valves 3 of the nozzles 4 and 19, and the “displacement” of sound energy into the inlet pipe 17, as a transmitting waveguide with a certain acoustic conductivity (certain acoustic resistance ) and makes it necessary to abruptly overcome the growth of acoustic resistance during the passage of elastic waves into the nozzle 9 through its porous structure, as a result of which the vibrational (sound) ene is scattered ology in porous breathable sound absorptive material nozzle 9 by friction therein vibrating gas particles and the energy losses due to deformations microdynamic material and converting this vibrational energy into heat. Also, in addition to dissipating the vibrational energy of the gas in the porous material of the nozzle 9, the sound insulation of the system increases in the direction of the inlet section of the air intake pipe 18.

Ввиду того, что газопроницаемый штуцер 9 не заужает проходное сечение ресивера 6, простирается по всему объему его пустотелого пространства (воздействует на весь объем по длине), демпфируя низкочастотные резонансные пульсации в пространстве ресивера 6, то в результате этого демпфирования пульсаций происходит снижение гидравлических сопротивлений системы впуска при заданном расходе газа, засасываемого в цилиндры и проходящего через ресивер 6 (гидравлическое сопротивление тракта при транспортировке пульсирующего газового потока определяется квадратом амплитудных значений пульсаций). Due to the fact that the gas-tight fitting 9 does not narrow the passage section of the receiver 6, extends over the entire volume of its hollow space (affects the entire volume along the length), damping low-frequency resonant pulsations in the space of the receiver 6, as a result of this damping of the pulsations, the hydraulic resistance of the system decreases inlet at a given flow rate of gas sucked into the cylinders and passing through the receiver 6 (hydraulic resistance of the tract when transporting a pulsating gas flow is determined is Busy square amplitude fluctuation values).

Физико-математическая модель описанного выше динамического состояния объекта выглядит следующим образом. The physical and mathematical model of the dynamic state of the object described above is as follows.

Каждый их четырех цилиндров четырехтактного ДВС при его работе генерирует серию импульсов всасывания. Эта последовательность импульсов создает колебания (пульсации) объемного расхода газа с основной частотой:

и кратными частотами:
f_m=m•f₁, Гц
где
m 1,2,3;
n-1/мин,
Колебания расхода газа в различных цилиндрах сдвинуты по времени:

и по фазе: для четырехцилиндрового двигателя происходит сдвиг по фазе для первой гармоники равный:

где k порядок следования импульсов по цилиндрам в соответствии с порядком работы цилиндров. Для первого цилиндра k=1, для второго k=4, для третьего k=2, для четвертого k=3.Each of the four cylinders of the four-stroke internal combustion engine during its operation generates a series of suction pulses. This sequence of pulses creates oscillations (pulsations) of the gas volumetric flow rate with a fundamental frequency:

and multiple frequencies:
f _m = m • f ₁ , Hz
Where

m

1,2,3;
n-1 / min
Fluctuations in gas flow in different cylinders are shifted in time:

and in phase: for a four-cylinder engine there is a phase shift for the first harmonic equal to:

where k is the order of the pulses along the cylinders in accordance with the order of the cylinders. For the first cylinder k = 1, for the second k = 4, for the third k = 2, for the fourth k = 3.

π = 3,14 рад
Для n-гармоники сдвиг по времени тот же, а по фазе:
Φ_m= m•Φ₁, рад
Двигатель с ресивером способствует обеспечению раздельного наддува цилиндров за счет существенного разрыва динамических связей между патрубками и объемом ресивера. С другой стороны, взаимная независимость волновых явлений в патрубках, соединяющих ресивер с цилиндрами, приводит к более резкому развитию колебаний газа в каждом патрубке по отдельности. Эти резонансные колебания проявляются на собственных частотах патрубков

где C скорость звука, м/с
P 1,2,3,
l_n длина патрубка, м
На низшей резонансной частоте (f⁽¹⁾) в систему, образующую резонансный контур, частично вовлекаются и другие, связанные с патрубками массы газа (непосредственно в ресивере и примыкающие к нему элементах).π = 3.14 rad
For the n-harmonic, the time shift is the same, but in phase:
Φ _m = m • Φ ₁ , rad
The engine with the receiver contributes to the provision of separate boost of the cylinders due to a significant break in the dynamic connections between the nozzles and the volume of the receiver. On the other hand, the mutual independence of the wave phenomena in the pipes connecting the receiver to the cylinders leads to a sharper development of gas oscillations in each pipe separately. These resonant oscillations appear at the natural frequencies of the nozzles

where C is the speed of sound, m / s

P

1,2,3
l _n pipe length, m
At the lowest resonant frequency (f ⁽¹⁾ ), other gas masses (directly in the receiver and adjacent elements) are partially involved in the system forming the resonant circuit.

Вследствие несимметрии акустических нагрузок, создаваемых ресивером, акустические нагрузки на патрубки отдельных цилиндров различны и это приводит к небольшому несовпадению резонансных частот (f⁽¹⁾) отдельных патрубков. Поэтому возникающие резонансные колебания газа в одном из них (на своей резонансной частоте) не подавляются колебаниями, приходящими в ресивер от других патрубков, даже если начальные импульсы от цилиндров скомпенсированы (идут в противофазе).Due to the asymmetry of the acoustic loads created by the receiver, the acoustic loads on the nozzles of individual cylinders are different and this leads to a slight mismatch of the resonant frequencies (f ⁽¹⁾ ) of the individual nozzles. Therefore, the resonant oscillations of the gas arising in one of them (at its resonant frequency) are not suppressed by vibrations arriving at the receiver from other nozzles, even if the initial pulses from the cylinders are compensated (they are in antiphase).

Второе неблагоприятное явление связано с возбуждением первой несимметричной резонансной формы колебаний газа в ресивере. Как правило, ее частота близка (или кратна) к одной из собственных частот колебаний газа в патрубке, что приводит к резонансному усилению излучения звука из системы, особенно на частотах нечетных гармоник основной частоты процесса всасывания (f₁). Это подразумевает передачу из ресивера усиленного излучения в систему впуска по направлению к свободному открытому концу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя. На пути этой цепи передачи это излучение будет трансформироваться (видоизменяться по спектральному составу, частично усиливаться или ослабляться по амплитудам) по всему пути передачи (впускная труба 18, тракты систем воздухоочистки 7 и воздухоподачи, воздухозаборный патрубок 20, моторный отсек и окружающая среда).The second unfavorable phenomenon is associated with the excitation of the first asymmetric resonant form of gas oscillations in the receiver. As a rule, its frequency is close (or a multiple) to one of the natural frequencies of gas oscillations in the pipe, which leads to a resonant amplification of sound radiation from the system, especially at frequencies of odd harmonics of the fundamental frequency of the suction process (f ₁ ). This implies the transfer of amplified radiation from the receiver into the intake system towards the free open end of the air intake of the air cleaner. In the path of this transmission chain, this radiation will transform (vary in spectral composition, partially amplify or attenuate in amplitude) throughout the transmission path (inlet pipe 18, tracts of air cleaning systems 7 and air supply, air intake pipe 20, engine compartment and the environment).

Учитывая важную роль ресивера в формировании акустических нагрузок, действующих как непосредственно на впускные трубы, так и на их взаимодействие, с одной стороны, и на передачу акустической энергии по свободной цепи передачи (по системе впуска) в окружающую среду, с другой стороны, логична постановка задачи о внесении в ресивер звукозаграждающего свободную передачу акустической энергии элемента. Тем более, что, как это было уже отмечено выше, данная зона воздействия (полость ресивера) является зоной высокой концентрации звуковой энергии, а также то, что при резонансных режимах газ в системе колеблется как газ в сильно связанных между собой объемах с нарушенным разделением воздушных объемов (т.е. нарушается прямая функция ресивера разделение цилиндров с получением улучшенного их наполнения за счет динамического наддува). Given the important role of the receiver in the formation of acoustic loads acting directly on the inlet pipes and on their interaction, on the one hand, and on the transfer of acoustic energy through a free transmission chain (through the intake system) into the environment, on the other hand, it is logical to set problems of introducing into the receiver a sound-blocking free transmission of the acoustic energy of an element. Moreover, as it was already noted above, this zone of influence (receiver cavity) is a zone of high concentration of sound energy, as well as the fact that under resonant regimes the gas in the system oscillates like gas in strongly interconnected volumes with impaired air separation volumes (i.e., the direct function of the receiver disrupts the separation of the cylinders with obtaining their improved filling due to dynamic boost).

Поскольку штуцер, выполненный из газопроницаемого материала, например металлорезины, пористого сетчатого материала или других аналогичных материалов, материала, представляющего собой однородную структуру, либо штуцер содержит жесткую скелетную арматуру, заполненную одним из вышеперечисленных газопроницаемых звукопоглощающих материалов, не заужает проходное сечение ресивера, простирается по всему объему пустотелого пространства, воздействует на весь по длине объем, демпфируя низкочастотные резонансные пульсации в пространстве ресивера, то в результате этого демпфирования пульсаций происходит снижение гидравлических сопротивлений системы впуска при заданном расходе газа, засасываемого в цилиндры и проходящего через ресивер. Снижение гидравлических сопротивлений впускного тракта в ряде случае позволяет улучшить наполнение цилиндров свежим зарядом, а соответственно улучшить мощностные, экономические и токсические характеристики двигателя. Since the fitting made of a gas-permeable material, such as metal rubber, a porous mesh material or other similar materials, a material that is a homogeneous structure, or the fitting contains rigid skeletal reinforcement filled with one of the above gas-permeable sound-absorbing materials, does not narrow the passage section of the receiver, extends throughout the volume of the hollow space, affects the entire length of the volume, damping low-frequency resonant pulsations in the space Iver, the result of this damping pulsations occurs decrease hydraulic resistance of the intake system at a predetermined flow rate of gas sucked into the cylinders and passes through the receiver. Reducing the hydraulic resistance of the intake tract in some cases can improve the filling of the cylinders with a fresh charge, and accordingly improve the power, economic and toxic characteristics of the engine.

Ниже приводятся результаты экспериментов, которые однозначно позволяют судить о достаточно высокой эффективности предлагаемого двигателя. The following are the results of experiments that unambiguously make it possible to judge the sufficiently high efficiency of the proposed engine.

Представленные на графиках Приложения N 1 результаты экспериментальных оценок акустической эффективности заявляемого устройства на четырехцилиндровом 16-клапанном с электронным впрыском топлива двигателе ВАЗ рабочим объемом 1,5 л показывают, что общие уровни шума впуска, излучаемого свободным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя уменьшаются во всем контролируемом скоростном диапазоне работы двигателя (на отдельных скоростных режимах снижение общих уровней достигает 8 дБа), что обусловлено в основном преимущественным поглощением звуковой энергии в среднечастотном диапазоне 350.1000 Гц. Presented on the charts of Appendix No. 1, the results of experimental evaluations of the acoustic efficiency of the claimed device on a four-cylinder 16-valve with electronic fuel injection VAZ engine with a working volume of 1.5 l show that the total noise levels of the intake emitted by a free cut of the air intake pipe of the air purifier are reduced in the entire controlled speed range engine operation (at certain speed modes, a decrease in the overall levels reaches 8 dBa), which is mainly due to the predominant absorption of sonic energy in the midrange 350.1000 Hz.

В настоящее время в Научно-техническом центре АвтоВАЗа изготовлены опытные образцы, проведены испытания, результаты которых положительные. Можно ожидать применения изобретения в перспективных автомобилях. At present, AvtoVAZ Scientific and Technical Center has made prototypes, conducted tests, the results of which are positive. You can expect the application of the invention in promising cars.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a cylinder head with inlet openings, in which inlet valves are installed, fuel inlets are provided that extend directly from the inlets and exit to a gas collection receiver connected to the air purification system, the side wall of which is provided with connecting openings for the said nozzles, and installed along the cavity of the receiver, mounted on its end wall fitting, characterized in that the fitting is placed inside the receiver, it the outlet is connected to the engine air purification system, while the nozzle is made of a gas-permeable sound-absorbing material, and its length is not less than the distance from the attachment point of the nozzle to the receiver to the most distant cut of the connecting hole of the inlet pipe, which is extreme with respect to the attachment point of the nozzle.

2. The engine according to claim 1, characterized in that a plug is mounted in the input section of the fitting.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the input section of the fitting is mounted on the receiver wall opposite to the place of its fastening.

4. The engine according to any one of paragraphs.1 to 3, characterized in that the fitting is made of metal rubber.

5. The engine according to any one of paragraphs.1 to 4, characterized in that the fitting is made of porous mesh material (PMS).

6. The engine according to any one of paragraphs.1 to 5, characterized in that the material of the fitting is a homogeneous structure.

7. An engine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the fitting comprises rigid skeletal reinforcement filled with gas-permeable sound-absorbing material.

8. The engine according to any one of paragraphs.1 to 7, characterized in that the free end of the receiver is equipped with an opening in which a plug is installed, the diameter of the opening exceeding the diameter of the fitting.