RU2090775C1

RU2090775C1 - Internal combustion engine intake system

Info

Publication number: RU2090775C1
Application number: RU95100077A
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; А.В. Соколов
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1997-09-20
Also published as: RU95100077A

Abstract

FIELD: manufacture of engines. SUBSTANCE: intake system includes intake pipe 2 whose one end is connected to air cleaner 3 and other end is connected to receiver 4 whose side wall is provided with intake branch pipes 6 thru 9 connected respectively to cylinders 10 thru 13 of engine 1 and electric heater 14 which is made in form of pipe union mounted inside receiver 4 coaxially to its cavity. This pipe union has form of elongated cylinder bounded by end walls 16 and 17 to which terminals 18 and 19 of power supply source 15 are connected. Pipe union is made from gastight material absorbing pulsations and sound and possessing high ohmic resistance. Provision is made for various version of manufacture of pipe union 14. EFFECT: enhanced reliability. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к системам впуска, снабженным средствами для электроподогрева рабочего тела с целью улучшения пусковых качеств и токсических показателей в условиях пониженных температур окружающей среды и улучшения экономических и экологических показателей двигателей на режимах частичных нагрузок. The invention relates to engine building, in particular, to intake systems equipped with means for electrically heating the working fluid in order to improve starting characteristics and toxic indicators at low ambient temperatures and improve the economic and environmental performance of engines under partial load conditions.

Известны системы впуска двигателей внутреннего сгорания (далее 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 горючей смесью (воздухом и топливом). Одной их самых ответственных функций любой конструкции системы впуска является качественная подготовка горючей смеси до ее поступления в цилиндры двигателя. Она подразумевает 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 топливно-воздушной смеси за устройством подачи топлива до момента ее поступления в цилиндр, турбулизация 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. Intake systems for internal combustion engines (hereinafter referred to as ICE) are known both with spark ignition (carbureted versions and versions with fuel injection) and with compression ignition (diesel versions), which provide quantitative and high-quality filling of cylinders with a combustible mixture (air and fuel). One of the most important functions of any intake system design is the high-quality preparation of the combustible mixture before it enters the engine cylinders. It implies both ensuring the supply of the necessary amount of air and fuel, depending on the speed and load conditions of the engine, and the necessary preparation of this mixture for its high-quality ignition in the cylinders. In this case, it implies the homogenization of the fuel-air mixture behind the fuel supply device until it enters the cylinder, turbulization of the mixture by organizing directed vortices, ensuring the set temperature of the mixture entering the cylinder, etc. Thus, the mixture is being prepared for its most complete and high-quality combustion in order to obtain high power indicators, high efficiency, and low toxicity of the exhaust.

В качестве другой важной проблемы, которую необходимо решать при конструировании системы впуска ДВС это 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 (впускных) клапана. Возникающие газодинамические пульсации во впускной системе ДВС не только оказывает отрицательное влияние на окружающую среду в виде излучаемого системой шума впуска, но и неблагоприятно влияют на процессы наполнения цилиндров, вызывая образование 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 отдельных цилиндров двигателя. Это, в свою очередь, ухудшает мощностные, экономические и токсические показатели ДВС. Следует подчеркнуть, что в современных конструкциях впускных систем 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. А мощностные показатели двигателей в этом случае отошли как бы на второй план. Это вызвано непрерывным ужесточением международных и национальных стандартов по токсичности, внешнему шуму и расходам топлива автомобильного транспорта. При этом, работа таких систем должна обеспечивать двигателю достижение высоких экологических (токсичность, шум) и экономических показателей во всем эксплуатационном диапазоне температур окружающей среды. С этой целью также существуют (и подвергаются процессу ужесточения) международные нормы, лимитирующие показатели пуска двигателя в условиях как заданных низких, так и высоких температур окружающей среды и т.д. Another important problem that needs to be solved when designing the ICE intake system is ensuring low noise levels during cylinder filling caused by the excitation of gas-dynamic pulsations in the system, due to pressure differences in the engine cylinder and in the free cut zone of the air cleaner intake port at the time of opening and closing inlet (intake) valve. The resulting gas-dynamic pulsations in the intake system of the internal combustion engine not only have a negative impact on the environment in the form of intake noise emitted by the system, but also adversely affect the filling of the cylinders, causing the formation of resonant standing waves in individual elements of the intake system and, primarily, in the intake pipes intake manifold, which in turn causes an increase in hydraulic resistance, impaired filling of individual engine cylinders. This, in turn, worsens the power, economic and toxic indicators of internal combustion engines. It should be emphasized that in modern designs of ICE intake systems, through the use of various design solutions and the use of various additional controlled systems, they primarily try to ensure high economic performance, low exhaust toxicity and low noise. And the power indicators of the engines in this case receded into the background, as it were. This is due to the continuous tightening of international and national standards for toxicity, external noise and fuel consumption of motor vehicles. At the same time, the operation of such systems should ensure that the engine achieves high environmental (toxicity, noise) and economic indicators in the entire operational range of ambient temperatures. To this end, there are also (and are undergoing a process of toughening) international standards that limit engine starting performance under conditions of both given low and high ambient temperatures, etc.

Практическое решение описанных выше проблем представлено, например, в описаниях: патента США N 5078115, кл. F 02 M 31/00, 1992, патента Германии N 289095, кл. F 02 M 31/00, 1991, заявки Германии N 3943569, кл. F 02 M 31/02, 1991, заявки Франции N 2661951, кл. F 02 M 31/135 и многих других источниках патентной информации. A practical solution to the above problems is presented, for example, in the descriptions: US patent N 5078115, CL. F 02 M 31/00, 1992, German patent N 289095, class F 02 M 31/00, 1991, German applications N 3943569, cl. F 02 M 31/02, 1991, applications of France N 2661951, cl. F 02 M 31/135 and many other sources of patent information.

Суть решения технической задачи здесь заключается в установке во впускном тракте ДВС различных по конструкции нагревательных элементов, преимущественно электрического типа, которые в период запуска двигателя и его прогрева, имея определенную поверхность теплосъема, воздействуют на впускной заряд воздуха или горючую смесь. The essence of solving the technical problem here is to install heating elements of various designs in the intake path of the internal combustion engine, mainly of the electric type, which during the start-up of the engine and its heating, having a certain heat removal surface, act on the intake air charge or fuel mixture.

Таким образом, средствами достижения эффекта в названных конструкциях являются самые различные нагревательные элементы, установленные в тракте системы запуска, продольно ли поперечно сориентированные по отношению к потоку компонентов рабочего тела. Thus, the means to achieve the effect in the above structures are the most various heating elements installed in the path of the launch system, whether they are transversely oriented longitudinally with respect to the flow of components of the working fluid.

Отрицательным фактором здесь является то, что названные нагревательные элементы, загромождая впускной тракт, определяют повышенные его гидродинамические сопротивления, что отрицательно сказывается на наполнение, экономичность, токсичность и динамику двигателя. Кроме того, они могут являться источниками высокочастотного (кромочного) шума (свиста), особенно в том случае, когда установлены подвижно, например, вращающиеся элементы с средствами вихреобразования рабочего тела. Следует отметить и локальный ограниченный характер воздействия поверхностей теплосъема этих элементов на рабочее тело, что делает длительным время его прогрева и увеличивает период запуска и прогрева двигателя, что в конечном итоге снижает потребительские качества автомобиля. A negative factor here is that the aforementioned heating elements, cluttering the inlet tract, determine its increased hydrodynamic resistance, which negatively affects the filling, economy, toxicity and engine dynamics. In addition, they can be sources of high-frequency (edge) noise (whistle), especially when movably mounted, for example, rotating elements with means of vortex formation of the working fluid. It should be noted the local limited nature of the impact of the surfaces of the heat removal of these elements on the working fluid, which makes it warm for a long time and increases the start-up and warm-up periods of the engine, which ultimately reduces the consumer qualities of the car.

В качестве прототипа выбрана система впуска двигателя внутреннего сгорания, описанная в заявке Японии N 3-40232, кл. F 02 M 31/12. публ. 18.06.91, N 5-1006, содержащая впускную трубу, один конец которой подключен к воздухоочистителю, а другой к ресиверу, боковая стенка которого снабжена впускными клапанами, подключенными к цилиндрам двигателя, и смонтированный в тракте системы впуска электроподогреватель. As a prototype, the intake system of the internal combustion engine, described in Japanese application N 3-40232, class. F 02 M 31/12. publ. 06/18/91, N 5-1006, containing an inlet pipe, one end of which is connected to an air cleaner, and the other to a receiver, the side wall of which is equipped with inlet valves connected to the engine cylinders, and an electric heater mounted in the intake system duct.

Известному устройству присущи те же недостатки, что и в описанных аналогах, в частности, это загромождение проходного сечения впускной трубы (заужение проходного сечения), что обуславливает повышенное гидродинамическое сопротивление впускного тракта, незначительная локальная поверхность теплоотдачи электроподогревателя, что увеличивает количество пусков двигателя и период его прогрева после запуска. Также ухудшаются акустические качества за счет неизбежного возникновения высокочастотного свиста (скорость газового потока в заученной зоне возрастает). The known device has the same drawbacks as in the described analogues, in particular, it is cluttered through passage of the inlet pipe (narrowing the passage), which leads to increased hydrodynamic resistance of the inlet tract, a small local surface of the heat transfer of the electric heater, which increases the number of engine starts and its period warming up after starting. Acoustic qualities also deteriorate due to the inevitable occurrence of high-frequency whistling (the gas flow rate in the learned zone increases).

Целью изобретения является повышение экономических и экологических показателей двигателя, при обеспечении высоких акустических параметров, в условиях низких эксплуатационных температур. The aim of the invention is to increase the economic and environmental performance of the engine, while ensuring high acoustic parameters, at low operating temperatures.

Сущность изобретения заключается в том, что в известной системе впуска двигателя внутреннего сгорания, содержащей впускную трубу, один конец которой подключен к воздухоочистителю, а другой к ресиверу, боковая стенка которого снабжена впускными патрубками, подключенными к цилиндрам двигателя, и смонтированный в тракте системы впуска электроподогреватель, функционально запитанный от бортового источника электроснабжения, названный электроподогреватель выполнен в виде штуцера из газопроницаемого, звукодемпфирующего, обладающего высоким омическим сопротивлением материала, закрепленного на торцевой стенке ресивера и установленного вдоль полости ресивера в направлении потока рабочего тела. The essence of the invention lies in the fact that in the known intake system of an internal combustion engine containing an intake pipe, one end of which is connected to an air cleaner, and the other to a receiver, the side wall of which is equipped with intake pipes connected to the engine cylinders, and an electric heater mounted in the intake system duct functionally powered from an onboard power supply source, said electric heater is made in the form of a fitting of a gas-permeable, sound-damping, having a high ohmic resistance of the material mounted on the end wall of the receiver and installed along the cavity of the receiver in the direction of flow of the working fluid.

Штуцер в ресивере может быть установлен консольно при этом его свободный торец может быть заглушен. The fitting in the receiver can be installed cantilever while its free end can be plugged.

В предпочтительном варианте штуцер простирается по всей длине ресивера и его торец опирается, или закреплен на противоположной торцевой стенке ресивера. In a preferred embodiment, the fitting extends along the entire length of the receiver and its end rests, or is mounted on the opposite end wall of the receiver.

При таком конструктивном исполнении, за счет использования впускного ресивера не только как элемента динамического разделения цилиндров от нежелательного взаимодействия и взаимовлияния волновых процессов впускных патрубков каждого из цилиндров, и не только как расширительной полости сглаживания пульсаций воздуха и снижения шума впуска, но и как наиболее подходящей зоны быстрого, качественного и стабильного подогрева всасываемого воздуха без увеличения гидравлических сопротивлений впускного тракта, за счет использования в ресивере (элементе с относительно низкой скоростью просасываемого газа) газопроницаемого, шумоглушащего штуцера (патрубка) с большой площадью нагрева и теплосъема. Так как засасываемый в цилиндры воздух имеет возможность просасываться через нагреваемую структуру большой площади поверхности (длина окружности штуцера умноженная на его длину), то это обстоятельство обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление тракта, так как по отношению к площадям проходных сечений впускных труб до и после ресивера не только не происходит заужения проходного сечения (определяемого как площадь всех проходных каналов в газопроницаемом материале штуцера ресивера), а это сечение является даже намного большим сравниваемых. With this design, due to the use of the inlet receiver not only as an element of the dynamic separation of the cylinders from unwanted interaction and interference of the wave processes of the inlet pipes of each cylinder, and not only as an expansion cavity to smooth out air pulsations and reduce intake noise, but also as the most suitable zone fast, high-quality and stable heating of the intake air without increasing the hydraulic resistance of the intake tract, due to the use in the receiver (Item with a relatively low rate of sucked gas) gas-permeable, sound-insulated choke (nozzle) with a large area heating and heat removal. Since the air sucked into the cylinders has the ability to be sucked through the heated structure of a large surface area (the circumference of the nozzle is multiplied by its length), this circumstance provides a low hydraulic resistance of the tract, since it is not only with respect to the areas of the passage sections of the intake pipes before and after the receiver there is no narrowing of the passage section (defined as the area of all passage channels in the gas-permeable material of the receiver fitting), and this section is even much larger than blown away.

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 впуске 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 inlet 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 intake 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, placing the noise and ripple suppression devices closer to the source of noise and ripple, i.e. to the zone of maximum concentrations of wave energy, you can increase the efficiency of their use.

Таким образом, в предлагаемом двигателе обеспечивается широкая полоса эффективного глушения шума, генерируемого колеблющемся объемом газа в полости ресивера и особенно на низших собственных формах колебаний названного объема. Thus, in the proposed engine provides a wide band of effective damping of noise generated by the oscillating volume of gas in the cavity of the receiver and especially on the lower intrinsic modes of vibration of the named volume.

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 последовательно подключенной 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 active friction connected in series.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где таким образом достигается улучшение экономических, экологических (токсичность, шум) показателей ДВС автомобиля в условиях низких эксплуатационных температур на режимах запуска двигателя и на режимах эксплуатации на частичных режимах нагрузки (следует подчеркнуть, что именно частичные режимы нагрузки, составляют подавляющий диапазон эксплуатации автомобилей). The invention is illustrated in the drawings, where in this way the improvement of economic, environmental (toxicity, noise) performance of the internal combustion engine of a car is achieved at low operating temperatures at engine starting modes and operating modes at partial load conditions (it should be emphasized that it is partial load modes that make up overwhelming range of car operation).

На фиг. 1 показана система впуска двигателя; на фиг. 2 конструктивный вариант полого штуцера; на фиг. З вид А на фиг. 2; на фиг. 4 система впуска с развитой поверхностью теплоотдачи штуцера. In FIG. 1 shows an engine intake system; in FIG. 2 constructive version of the hollow fitting; in FIG. C view A in FIG. 2; in FIG. 4 intake system with a developed nozzle heat transfer surface.

Система впуска двигателя 1 внутреннего сгорания (фиг.1) содержит впускную трубу 2, один конец которой подключен к воздухоочистителю 3, а другой к ресиверу 4, боковая стенка 5 которого снабжена впускными патрубками 6, 7, 3 и 9, соответственно подключенными к цилиндрам 10, 11, 12 и 13 двигателя 1, и смонтированный в тракте системы впуска электроподогреватель 14, функционально запитанный от бортового источника электроснабжения 15 (аккумуляторной батареи) автомобиля. The intake system of the internal combustion engine 1 (Fig. 1) contains an inlet pipe 2, one end of which is connected to an air purifier 3, and the other to a receiver 4, the side wall 5 of which is equipped with inlet pipes 6, 7, 3, and 9, respectively connected to the cylinders 10 , 11, 12, and 13 of the engine 1, and an electric heater 14 mounted in the path of the intake system, functionally powered from the vehicle’s onboard power supply 15 (battery).

Электроподогреватель 14 выполнен в виде штуцера, смонтированного внутри ресивера 4, соосно полости последнего и имеющего форму удлиненного цилиндры, ограниченного торцевыми стенками 16 и 17, к которым подключены контактные клеммы 18 (+) и 19 (-) аккумулятора 15 через замок зажигания 20. В электроцепи имеется также многофункциональный процессор 21, отслеживающий температурный режим двигателя 1 в зависимости от параметров на впуске (температуры засасываемого воздухе), в системе смазки (температуры масла) и охлаждения (температуры охлаждающей жидкости) и др. The electric heater 14 is made in the form of a fitting mounted inside the receiver 4, coaxially with the cavity of the latter and having the shape of an elongated cylinder bounded by end walls 16 and 17, to which the contact terminals 18 (+) and 19 (-) of the battery 15 are connected via the ignition switch 20. V There is also a multifunctional processor 21, which monitors the temperature regime of engine 1 depending on the parameters at the inlet (intake air temperature), in the lubrication system (oil temperature) and cooling (coolant temperature i) and others.

Штуцер 14 может быть размещен по всей длине ресивера 4, при этом его торцы 16 и 17 закреплены на торцевых станках 22 и 23 ресивера 4. При этом между торцами 17 и 23 установлен электроизолятор 24. The fitting 14 can be placed along the entire length of the receiver 4, while its ends 16 and 17 are fixed to the end machines 22 and 23 of the receiver 4. At the same time, an insulator 24 is installed between the ends 17 and 23.

На фиг. 1 показан один из датчиков 25 температуры охлаждающей жидкости, сигнал от которого поступает на многофункциональный процессор 21. In FIG. 1 shows one of the sensors 25 temperature of the coolant, the signal from which is fed to the multifunction processor 21.

Подогрев воздуха на впуске в условиях запуска двигателя при низких температурах окружающей среды (эксплуатация в зимних условиях), в условиях крайнего Севера, тестовые режимы испытаний по национальным и международным стандартам и требованиям), позволяет не только обеспечивать быстрый запуск двигателя, но и резко уменьшить токсичность и улучшить экономичность двигателя автомобиля. Heated air at the inlet under the conditions of engine starting at low ambient temperatures (operation in winter conditions), in the Far North, test modes of testing according to national and international standards and requirements), allows not only to ensure quick start of the engine, but also dramatically reduce toxicity and improve the efficiency of the car engine.

Обычно в этих целях, управляющий процессор включает или отключает подогрев воздушной смеси в зависимости от нагрузочных режимов работы двигателя, температуры окружающей среды и других задающих параметров. Typically, for this purpose, the control processor turns on or off the heating of the air mixture, depending on the load conditions of the engine, ambient temperature and other setting parameters.

Можно также добавить, что автоматическое включение нагревательного элемента штуцера 14 необходимо и дизельному двигателю при возникновении определенных его виброускорений, с тем чтобы обеспечить более равномерную его работу с низким уровнем вибраций и шума. Т.е. использование подогрева целесообразно и с точки зрения акустики. При этом управляемыми параметрами выступают виброускорения. You can also add that the automatic switching on of the heating element of the fitting 14 is necessary for the diesel engine when certain vibration accelerations occur in order to ensure its more uniform operation with a low level of vibration and noise. Those. the use of heating is also advisable in terms of acoustics. At the same time, vibration acceleration acts as controlled parameters.

Охлаждение воздушного заряда (электроподогреватель не включен) на впуске с целью увеличения его плотности для улучшения наполнения и улучшения эффективной мощности и момента необходимого только на режимах движения автомобиля с полной нагрузкой (с полностью открытой дроссельной заслонкой). Для современных конструкций легковых автомобилей, прежде всего, с высокими показателями экономичности и низкой токсичности, на первый план встают задачи обеспечения этих показателей на частичных и переходных режимах (с частично открытой дроссельной заслонкой). В этом случае из-за достаточно большего дросселирования на впуске (создаваемого прикрытой дроссельной заслонкой), влияние некоторого изменения плотности заряда из-за изменения его температуры при наполнении в целом практически очень слабое. А в то же время повышение температуры заряда на впуске на частичных режимах работы двигателя целесообразно с точки зрения улучшения гомогенизации топливовоздушной смеси, позволяющей уже заметно улучшить экономические и токсические показатели ДВС. Cooling the air charge (electric heater is not turned on) at the inlet in order to increase its density in order to improve filling and improve effective power and torque required only at full load car driving modes (with a fully open throttle). For modern passenger car designs, primarily with high efficiency and low toxicity indicators, the tasks of ensuring these indicators in partial and transient modes (with a partially open throttle valve) come to the fore. In this case, due to a sufficiently large throttling at the inlet (created by a covered throttle), the influence of some change in charge density due to changes in its temperature during filling is generally very weak. And at the same time, increasing the temperature of the charge at the inlet at partial engine operation modes is advisable from the point of view of improving the homogenization of the air-fuel mixture, which can already significantly improve the economic and toxic parameters of ICE.

Для реализации описанного выше в предлагаемой системе впуска электроподогреватель выполнен в виде штуцера 14 (полого или сплошного) из пористого газопроницаемого материала, обладающего высоким омическим сопротивлением и свойствами эффективно рассеивать пульсации и звук. При этом, при включении замка зажигания 20 (начальный момент попытки запуска двигателя 1), вся поверхность штуцера 14 практически сразу прогревается до рабочей температуры и в это же время весь поток воздуха из впускной трубы 2, просачиваясь через проходные микроканалы материала штуцера 14, подвергается прогреву, причем происходит это в непосредственней близости от цилиндров 10-13 двигателя, что ослабляет тепловые потери нагретого газа при транспортировке по короткому тракту и способствует надежному пуску двигателя. По мере достаточного прогрева двигателя 1 датчик 25 подает сигнал на процессор 21, а последний дает команду на отключение электроподогревателя штуцера 14 от источника электроснабжения аккумулятора 15. При движении автомобиля на режимах частичных нагрузок двигателя, сигналы с датчиков температуры засасываемого воздуха и положения дроссельной заслонки, аналогичным образом с помощью процессора 21 гибко управляют работой электронагревателя штуцера 14. Все время штуцер 14 продолжает работать как высокоэффективное средство гашения звука и пульсаций в системе впуска двигателя 1. To implement the above described in the proposed intake system, the electric heater is made in the form of a fitting 14 (hollow or solid) of a porous gas-permeable material having high ohmic resistance and the properties of effectively dissipating ripple and sound. At the same time, when the ignition switch 20 is turned on (the initial moment of the attempt to start the engine 1), the entire surface of the nozzle 14 warms up almost immediately to the operating temperature and at the same time the entire air flow from the inlet pipe 2, seeping through the passage through the microchannels of the material of the nozzle 14, undergoes heating moreover, this happens in the immediate vicinity of the cylinders 10-13 of the engine, which reduces the heat loss of the heated gas during transportation along the short path and contributes to a reliable start of the engine. As the engine 1 is sufficiently warmed up, the sensor 25 sends a signal to the processor 21, and the latter gives a command to disconnect the electric heater of the fitting 14 from the power supply of the battery 15. When the car is moving under partial engine load conditions, signals from the sensors of the intake air temperature and the throttle position are similar Thus, using the processor 21, they flexibly control the operation of the electric heater of the nozzle 14. All the time, the nozzle 14 continues to work as a highly effective means of damping sound and pulse tions in the intake system of the engine 1.

Открытие впускного клапана вызывает перепад давлений в емкости цилиндра 10-13, которая образована днищем поршня и камерой сгорания за клапаном 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 6-9 с закрытыми клапанами (тупиковых волноводов) и взаимодействие и связанность звуковых полей и газодинамических пульсаций газа в патрубках 6-9, что затрудняет разобщающее (разделяющее) действие ресивера 4, формирование звукового поля в пространстве ресивера 4, отражение звуковых волн от стенок 5, 22 и 23 ресивера 4 по направлению к впускным клапанам патрубков 6-9 и "вытеснение" звуковой энергии во впускную трубу 2, 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 14 через его пористую структуру, в результате чего происходит рассеивание колебательной (звуковой) энергии в пористом воздухопроницаемом звукопоглощающем материале штуцера 14 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 14, происходит рост звукоизоляции системы в направлении входного среза воздухозаборного патрубка воздухоочистителя 3. Opening the inlet valve causes a pressure differential in the cylinder bore 10-13, which is formed by the piston bottom and the combustion chamber behind the valve and in the environment, while the vibrational pulse in the form of elastic waves propagates in the air that fills the inlet tract, as a result of which air volumes are excited pipes 6-9 with closed valves (dead-end waveguides) and the interaction and connectedness of sound fields and gas-dynamic gas pulsations in pipes 6-9, which complicates the uncoupling (separating) action of Siver 4, the formation of a sound field in the space of the receiver 4, the reflection of sound waves from the walls 5, 22 and 23 of the receiver 4 towards the inlet valves of the nozzles 6-9 and the “displacement” of sound energy into the inlet pipe 2, as in a transmitting waveguide with a certain acoustic conductivity (a certain acoustic resistance) and makes it necessary to abruptly overcome the growth of acoustic resistance when elastic waves pass into the fitting 14 through its porous structure, as a result of which the vibrational dissipation (sound) energy in the porous breathable sound-absorbing material of the fitting 14 due to friction in it of oscillating gas particles and energy loss due to microdynamic deformation of the material, and the conversion of this vibrational energy into heat. Also, in addition to dissipating the vibrational energy of the gas in the porous material of the fitting 14, there is an increase in the sound insulation of the system in the direction of the inlet section of the air intake pipe 3.

Ввиду того, что газопроницаемый штуцер 14 не заужает проходное сечение ресивера 4, простирается по всему объему его пустотелого пространства (воздействует на весь объем по длине), демпфируя низкочастотные резонансные пульсации в пространстве ресивера 4, то в результате этого демпфирования пульсаций происходит снижение гидравлических сопротивлений системы впуска при заданном расходе газа, засасываемого в цилиндры и проходящего через ресивер 4 (гидравлическое сопротивления тракта при транспортировке пульсирующего газового потока определяется квадратом амплитудных значений его пульсации). Due to the fact that the gas-tight fitting 14 does not narrow the passage section of the receiver 4, 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 4, 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 4 (hydraulic resistance of the tract when transporting a pulsating gas flow is determined is the square of the amplitude values of its ripple).

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 из 4-х 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 4-х цилиндрового 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 10 k=1, для второго 11 k=4, для третьего 12 k=2, для четвертого 13 k=1З.Each of the 4 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 4-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, 10 k = 1, for the second 11 k = 4, for the third 12 k = 2, for the fourth 13 k = 1З.

π = 3,14 рад
Для n-ной гармоники сдвиг по времени тот же, а по фазе:
Φ_m= mΦ_1, рад
Двигатель с ресивером 4 способствует обеспечению раздельного наддува цилиндров за счет существенного разрыва динамических связей между патрубками 6-9 и объемом ресивера 4. С другой стороны, взаимная независимость волновых явлений в патрубках 6-9, соединяющих ресивер 4 с цилиндрами 10-13, 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.π = 3.14 rad
For the nth harmonic, the time shift is the same, but in phase:
Φ _m = mΦ _1, glad
The engine with receiver 4 helps to ensure separate cylinder pressurization due to a significant break in the dynamic connections between the nozzles 6-9 and the volume of the receiver 4. On the other hand, the mutual independence of the wave phenomena in the nozzles 6-9 connecting the receiver 4 with the cylinders 10-13 leads to sharper development of gas vibrations 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.

lп длина патрубков, м. lp length of pipes, m

На низшей резонансной частоте (f⁽¹⁾) в систему, образующую резонансный контур, частично вовлекаются и другие, связанные с патрубками массы газа (непосредственно в ресивере и примыкающим к нему элементам).At the lowest resonant frequency (f ⁽¹⁾ ), others connected with the nozzles of the gas mass (directly in the receiver and adjacent elements) are partially involved in the system forming the resonant circuit.

Вследствие несимметрии акустических нагрузок, создаваемых ресивером 4, акустические нагрузки на патрубки 6-9 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 4, the acoustic loads on the nozzles of 6–9 individual cylinders are different and this leads to a slight mismatch in 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 the vibrations coming to the receiver from other nozzles, even if the initial pulses from the cylinders are compensated (go in antiphase).

Второе неблагоприятное явление связано с возбуждением первой несимметричной резонансной формы колебаний газа в ресивере 4. 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 4 усиленного излучения в систему впуска по направлению к свободному открытому концу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя 3. 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 12, тракты систем воздухоочистки и воздухоподачи, воэдухозаборный патрубок, 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 4. As a rule, its frequency is close (or multiple) to one of the natural frequencies of gas oscillations in the nozzle, which leads to resonant amplification of sound radiation from the system, especially at odd frequencies harmonics of the fundamental frequency of the suction process (f ₁ ). This implies the transfer from the receiver 4 of amplified radiation to the intake system towards the free open end of the intake pipe of the air purifier 3. In the path of this transmission circuit, this radiation will transform (vary in spectral composition, partially amplify or attenuate in amplitude) along the entire transmission path (inlet pipe 12, tracts of air purification and air supply systems, air intake pipe, engine compartment and the environment).

Учитывая важную роль ресивера 4 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, целесообразно применение в ресивере звукозаграждающего свободную передачу акустической энергии элемента. Тем более что, как это уже было 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 цилиндра с получением улучшенного их наполнения за счет динамического наддува). Given the important role of receiver 4 in the formation of acoustic loads acting directly on the intake pipes, and on their interaction on the one hand, and on the transfer of acoustic energy through a free transmission circuit (through the intake system) into the environment on the other hand, it is advisable to use receiver soundproof free transmission of acoustic energy of the element. Moreover, as 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 a disturbed separation of air volumes (i.e., the direct function of the receiver disrupts the separation of the cylinder with obtaining their improved filling due to dynamic boost).

Поскольку штуцер 14, 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 вход проходного сечения ресивера 4, простирается по всему объему пустотелого пространства (воздействует на весь по длине объем), демпфируя низкочастотные резонансные пульсации в пространстве ресивера 4, то в результате этого демпфирования пульсации происходит снижение гидравлических сопротивлений системы впуска при заданном расходе газа, засасываемого в цилиндры и проходящего через ресивер. Снижение гидравлических сопротивлений впускного тракта в ряде случаев позволяет улучшить наполнение цилиндров свежим зарядом, а соответственно улучшить мощностные, экономические и токсические характеристики двигателя. Since the nozzle 14, made of a gas-permeable material (for example, metal rubber, a porous mesh material, or other similar materials; a material that is of a uniform structure, or the nozzle contains rigid skeletal reinforcement filled with one of the aforementioned gas-permeable sound-absorbing materials), does not narrow the passage inlet receiver 4, extends over the entire volume of the hollow space (affects the entire length of the volume), damping the low-frequency resonant pulsations in a simple the receiver 4, as a result of this pulsation damping, the hydraulic resistance of the intake system decreases at a given flow rate of gas sucked into the cylinders and passing 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.

Таким образом, достигнуты следующие преимущества:
улучшение экономических (расход топливо) и экологических (шум и токсичность) показателей на режимах частичных нагрузок и на режимах пуска двигателя в условиях низких температур окружающей среды;
большая активная поверхность теплосъема обеспечивает быстрый прогрев и снижает тепловую инерцию при пуске, а также позволяет повысить до максимума температуру всасываемого воздуха;
пожаробезопасность устройства (нагревательный элемент внутри камеры ресивера;
близость расположения к цилиндрам малые тепловые потери при транспортировке газа в цилиндры;
не заужает реальное проходное сечение впускного воздуховода, так как находится в наиболее его широком месте что не влечет рост гидросопротивления тракта, и соответственно ухудшения показателей двигателей;
продолжает попутно выполнять полезную функцию акустической активной фрикции;
простота монтажа демонтажа (установки) при эксплуатации со свободного конца ресивера при сборке, диагностики и т.п.Thus, the following advantages have been achieved:
improvement of economic (fuel consumption) and environmental (noise and toxicity) indicators at partial load conditions and at engine start-up conditions at low ambient temperatures;
the large active surface of the heat sink provides quick heating and reduces thermal inertia during start-up, and also allows you to maximize the temperature of the intake air;
fire safety of the device (heating element inside the receiver's chamber;
proximity to cylinders; small heat losses during gas transportation to cylinders;
does not narrow the actual flow area of the inlet duct, as it is located in its widest place, which does not entail an increase in the hydraulic resistance of the tract, and, accordingly, a deterioration in engine performance;
continues along the way to fulfill the useful function of acoustic active friction;
ease of installation of dismantling (installation) during operation from the free end of the receiver during assembly, diagnostics, etc.

Claims

1. The intake system of the internal combustion engine, containing an inlet pipe, one end of which is connected to an air purifier, and the other to a receiver, the side wall of which is equipped with inlet pipes connected to the engine cylinders, and an electric heater mounted in the path of the intake system, functionally powered from the onboard power supply vehicle, characterized in that the heater is made in the form of a fitting mounted inside the receiver coaxially with the cavity of the latter, and having the shape of an elongated cylinder , bounded by the end walls to which the contact terminals of the power source are connected, while the fitting is made of a gas-permeable, damping pulsation and sound having a high ohmic resistance of the material.

2. The system according to claim 1, characterized in that the fitting in the receiver is mounted cantilever in the direction of flow of the working fluid, while its free end is plugged.

3. The system according to claims 1 and 2, characterized in that the fitting is placed along the entire length of the receiver, and its ends are fixed to the end walls of the receiver.

4. The system according to PP.1 to 3, characterized in that the fitting is made hollow.

5. The system according to PP.1 to 3, characterized in that the fitting is made continuous.