RU2166117C2

RU2166117C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2166117C2
Application number: RU99106054/06A
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; А.В. Соколов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; multicylinder diesel engines. SUBSTANCE: invention is aimed at designing compact intake device of engine featuring improved acoustic efficiency. Intake device of internal combustion engine has air cleaner and receiver with separate intake branch pipes connected with cylinder head and communicating with separate cylinders through intake valves. Air cleaner housing has intake port air intake branch pipe and it is made in form of round cylinder limited by bottom and cover. Spaces of receiver and air cleaner are placed in communication by means of air duct. Branched air duct has at least two intake and two outlet branch pipes united by common pipeline. Intake branch pipes are secured on side wall of receiver and on bottom of air cleaner. Axes of intake port of air intake branch pipe and axes of free cuts of intake branch pipes are located in relatively perpendicular planes passing through axis of cylindrical housing. Ratio of distances from centers of free cuts of intake branch pipes to axis of cylindrical housing and ratio of their cross-section areas correspond to following equation a₁/a₂/Ф₂/Ф₁, where a1, a2 is distance from centers of cuts to axis of cylindrical housing, and Ф₁,Ф₂ are areas of cross-sections of cuts. Relationship between distances from centers of free cuts of outlet branch pipes to normal plane of receiver cross-section through its center of gravity and areas of their cross-section can be made to correspond to following equation б₁/б₂= S₂/S₁ where б₁,/б₂ - is distance from centers of cuts to said plane, and S1, S2 are areas of cross-sections of cuts. So, summary acoustic work done by pulsations of gas in branched air duct pipes equals zero which precludes excitation of natural oscillations of receiver and air cleaner. EFFECT: provision of improved acoustic efficiency of engine intake device. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания преимущественно с реализацией дизельного рабочего процесса. The invention relates to engine building, in particular, to multi-cylinder internal combustion engines mainly with the implementation of a diesel working process.

Система впуска дизельного двигателя, вследствие ее конструктивных особенностей, является одним из самых мощных источников шума двигателя в целом. В отличие от дизельных двигателей, в системах впуска карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС), содержащих дроссельные заслонки, прикрывающие проходное сечение на частичных нагрузках, а также наличие в системах диффузорных элементов, обеспечивается существенное ослабление резонансных свойств системы в целом, т.к. вследствие значительных активных сопротивлений этих элементов колебательная система становится менее "добротной" (т.е. резонансные частоты являются в достаточной степени задемпфированными). Это в определенной степени является положительным фактором, т.к., несмотря на наличие дополнительных гидравлических сопротивлений, с одной стороны частично 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, обеспечивается некоторое подавление резонансных пульсаций газа во впускной системе ДВС, благоприятное 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 корпусной шум). The diesel engine intake system, due to its design features, is one of the most powerful sources of engine noise in general. Unlike diesel engines, in the intake systems of carburetor internal combustion engines (hereinafter ICE) containing throttles that cover the flow area at partial loads, as well as the presence of diffuser elements in the systems, a significant weakening of the resonant properties of the system as a whole is provided, since due to the significant active resistances of these elements, the oscillatory system becomes less "sound" (i.e., the resonant frequencies are sufficiently damped). To a certain extent, this is a positive factor, because, despite the presence of additional hydraulic resistances, on the one hand, cylinder filling losses (loss of effective power, improved engine efficiency) are partially compensated due to a decrease in the resonant amplitudes of the pulsations of the volumetric air flow (and the increase in the hydraulic resistance of the system as is known, is proportional to the square of the amplitude of the gas flow pulsations), on the other hand, some suppression of resonant gas pulsations in the accelerated ICE system, favorable from the point of view of sound (noise) radiation into the environment produced by both the open ends of the air intake pipes of the air purifier (aerodynamic noise) and the vibrating walls of the intake system elements (structural body noise).

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

Германской фирмой "Фольксваген" в устройстве по заявке ФРГ N 3742322, F 02 M 35/10, публ. 07.07.88, предусматривается демпфировать колебания потока всасываемого воздуха в ДВС за счет включения во впускной тракт дополнительного "успокоительного" ресивера с эластичными стенками, в котором за счет упругих деформаций стенок ресивера, вследствие пульсирующего воздействия газового потока на упругие стенки, будет происходить преобразование энергии пульсаций в тепловую энергию в упругом материале стенки, имеющей высокое внутреннее трение материала (резины). К очевидным недостаткам такой системы следует отнести относительную дороговизну устройства, нестабильность упругодемпфирующих характеристик в зависимости от изменения температурных условий и длительности эксплуатации, малую долговечность, опасность попадания неочищенного воздуха в цилиндры ДВС при механическом повреждении упругой стенки, возможное существенное излучение звука колеблющейся "пульсирующей" упругой стенкой и т.п. The German company "Volkswagen" in the device according to the application of Germany N 3742322, F 02 M 35/10, publ. 07.07.88, it is planned to dampen the fluctuations in the flow of intake air in the internal combustion engine due to the inclusion of an additional “soothing” receiver with elastic walls in the intake duct, in which pulsed energy will be converted due to the pulsating action of the receiver walls on the elastic walls, thermal energy in an elastic wall material having high internal friction of the material (rubber). The obvious disadvantages of such a system include the relative cost of the device, the instability of the elastic-damping characteristics depending on changes in temperature conditions and the duration of operation, low durability, the risk of untreated air entering the ICE cylinders due to mechanical damage to the elastic wall, possible significant sound emission from an oscillating “pulsating” elastic wall etc.

Известна система впуска двигателя внутреннего сгорания по а.с. СССР N 1281722, кл. F 02 M 35/16, публ. 07.01.87, бюл. N 1, содержащая ресивер-воздухоочиститель в виде корпуса с крышкой, снабженной входным окном, и фильтрующим элементом, входной патрубок и впускные трубы, выполненные дугообразными, образующая одну из стенок корпуса и сообщенные с его полостью при помощи калиброванных отверстий, причем свободные срезы труб размещены внутри полости корпуса, а геометрические центры срезов впускных труб смещены относительно плоскости, проходящей через центр условного параллелепипеда, отводящей срезы труб от входного окна на расстояние L = (0,2... 1,0) d_гидр, где d_гидр - гидравлический диаметр входного патрубка. Расстояние от центров калиброванных отверстий впускных труб до указанной плоскости выбрано равным

где V - объем корпуса системы впуска. При этом, по меньшей мере, одно из сечений фильтрующего элемента, параллельных указанной плоскости, равноудалено от нее и внутренней стенки корпуса. Наряду с положительными акустическими характеристиками, такими как возможность исключения возбуждения в полости ресивера- воздухоочистителя низших нечетных продольных собственных мод колебаний воздушного объема (расположением динамических срезов впускных труб в плоскости, проходящей через центр тяжести воздушного объема перпендикулярно осям срезов впускных труб), исключения пропускания резонансной звуковой энергии из камеры ресивера-воздухоочистителя в воздухозаборный патрубок (и, соответственно, в окружающую среду) на низших нечетных поперечных собственных модах колебаний воздушного объема (расположением оси воздухозаборного патрубка в плоскости нахождения центра тяжести воздушного объема, перпендикулярно расположенной плоскости нахождения динамических срезов впускных труб), частичного демпфирования акустических резонансов впускных труб калибровочными перфорированными отверстиями и частичного дополнительного демпфирования резонансной передачи звука камерой за счет оптимального размещения в камере фильтрующего элемента, выполняющего роль высокочастотного глушителя фрикционного типа, имеется и ряд существенных недостатков, таких как:
- в объеме камеры указанного выше ресивера-воздухоочистителя динамическими срезами впускных труб интенсивно возбуждаются повысотные собственные моды колебаний воздушного объема камеры в силу того, что срезы впускных труб размещены вблизи (непосредственно интегрированы в стенку) верхней горизонтальной стенки камеры. Как известно, у жестких противолежащих стенок закрытых объемов всегда реализуются пучности давлений низших собственных мод, что и имеет место в рассматриваемом прототипе. Более того, согласно графической части сопоставляемого аналога, воздухозаборный патрубок эти интенсивные резонансные моды будет эффективно выпускать из камеры в виде повышенного шума, ввиду расположения его также вблизи этой же жесткой стенки с пучностью давлений низших повысотных мод колебаний;
- наличие и варьирование геометрическими параметрами и элементами связи двух расширительных камер (как это имеет место в заявляемом объекте) в сравнении с одной камерой (как это имеет место в прототипе) расширяет возможности технической оптимизации по числу приемлемых конструктивных вариантов, компромиссных, по условиям реализуемой компоновки в стесненном пространстве моторного отсека транспортного средства, требованиям обеспечения заданной эффективности очистки воздуха, гидросопротивлений, акустики, использования модифицированных элементов систем с применением штатных, уже освоенных в производстве, конструкций воздухоочистителей или ресиверов и т.д., и т.п.Known intake system of an internal combustion engine by as USSR N 1281722, class F 02 M 35/16, publ. 01/01/87, bull. N 1, containing the receiver-air cleaner in the form of a housing with a cover equipped with an inlet window and a filter element, an inlet pipe and inlet pipes made arcuate, forming one of the walls of the housing and communicated with its cavity using calibrated holes, and free pipe sections are placed inside the body cavity, and the geometric centers of the inlet pipe sections are shifted relative to the plane passing through the center of the conditional parallelepiped, which takes pipe sections from the input window to a distance L = (0.2 ... 1.0) d _hydr , where d _hydr - hydraulic diameter of the inlet pipe. The distance from the centers of the calibrated inlet openings to the indicated plane is chosen equal

where V is the volume of the intake system housing. At the same time, at least one of the sections of the filter element parallel to the specified plane is equidistant from it and the inner wall of the housing. Along with positive acoustic characteristics, such as the possibility of excluding the excitation of lower odd longitudinal eigenmodes of air volume oscillations in the receiver / air cleaner cavity (by arranging dynamic sections of the intake pipes in a plane passing through the center of gravity of the air volume perpendicular to the axes of the sections of the intake pipes), excluding the transmission of resonant sound energy from the chamber of the receiver-air purifier to the intake pipe (and, accordingly, to the environment) at the lower distinct transverse eigenmodes of air volume oscillations (by positioning the axis of the intake pipe in the plane of gravity center of gravity of the air, perpendicular to the plane of finding dynamic sections of the intake pipes), partially damping the acoustic resonances of the intake pipes with calibrated perforations and partially additional damping of the resonant sound transmission by the camera due to the optimal placement in the chamber of the filter element, performing the role of high otnogo muffler friction type, there are a number of significant shortcomings, such as:
- in the chamber volume of the aforementioned receiver-air cleaner, dynamic inlet sections of the inlet pipes intensively excite the high-altitude eigenmodes of oscillation of the air volume of the chamber due to the fact that the sections of the inlet pipes are located near (directly integrated into the wall) of the upper horizontal chamber wall. As you know, in the opposite stiff walls of closed volumes, pressure antinodes of lower eigenmodes are always realized, which takes place in the prototype under consideration. Moreover, according to the graphic part of the comparable analogue, these intense resonant modes will effectively exhaust the intake pipe from the chamber in the form of increased noise, due to its location also near the same rigid wall with the antinode of pressures of the lower altitude modes of vibration;
- the presence and variation of the geometric parameters and communication elements of two expansion chambers (as is the case in the claimed object) in comparison with one camera (as is the case in the prototype) expands the possibilities of technical optimization in terms of the number of acceptable design options, compromise, according to the conditions of the implemented layout in the cramped space of the vehicle’s engine compartment, the requirements for ensuring the given efficiency of air purification, hydraulic resistance, acoustics, use are modified cell systems using regular already developed in the industry, air purifiers or receiver structures, etc., etc.

В ряде случаев с требованиями мощностных, экономических и экологических показателей в практику конструирования ДВС поставлена задача максимальной унификации деталей, узлов и систем дизельного двигателя и бензинового (с принудительным зажиганием рабочей смеси) двигателя, имеющих общую конструктивную базу конвертации (литраж, конструкцию базовых деталей). Это в большинстве случаев позволяет существенно удешевить конструкцию дизеля в целом за счет реализации преимуществ использования единой технологической базы и уменьшения номенклатуры деталей завода-производителя и т.п. Данный подход распространяется и на использование идентичной унифицированной конструкции воздухоочистителя двигателя, применяемого как для бензинового, так и для версии дизельного двигателя. Однако, если с точки зрения требуемых низких гидравлических сопротивлений воздухоочистителя, как составного элемента впускной трассы двигателя, пылеемкости его фильтрующего элемента, вибропрочности его корпуса, существенных отличий в применении воздухоочистителя на конвертируемой конструкции двигателя практически нет, то с точки зрения эффективности подавления газодинамических пульсаций и шума, излучаемого системой впуска дизеля в сравнении с бензиновым двигателем, - разница существенная. Именно интенсивные газодинамические пульсации на впуске дизеля из-за примерно двукратного увеличения степени сжатия, отсутствия демпфирующих диффузорных элементов в системе питания (в отличие от конструкций карбюраторов), применения развитых (с увеличенной длиной) коллекторных труб, повышающих крутящий момент на низких оборотах дизеля вследствие инерционного наддува, обуславливают необходимость применения в конструкции впускной системы дизеля в качестве обязательного элемента - специальной расширительной полости - ресивера, выполняющего роль как элемента динамического разделения нежелательных волновых взаимосвязей коллекторных ответвлений отдельных цилиндров, так и элемента демпфирования пульсаций и снижения шумового излучения в полости расширительной камеры за счет образования в ней эффективной волновой пробки, рассогласовывающей волновые сопротивления трубопроводов (подводящих и отводящих) и отражающей распространяемые по волноводу звуковые волны в направлении к источнику излучения (возмущения) - цилиндру с впускным клапаном. In some cases, with the requirements of power, economic and environmental indicators, the practice of ICE design has been set to maximize the unification of parts, assemblies and systems of a diesel engine and gasoline (with forced ignition of the working mixture) engine having a common structural base for conversion (displacement, design of basic parts). In most cases, this makes it possible to significantly reduce the cost of the design of the diesel engine as a whole by realizing the advantages of using a single technological base and reducing the nomenclature of parts of the manufacturing plant, etc. This approach extends to the use of an identical, unified design of the engine air cleaner, which is used for both the gasoline and the diesel engine versions. However, if from the point of view of the required low hydraulic resistance of the air cleaner, as a component of the intake manifold of the engine, the dust absorption of its filter element, the vibration resistance of its housing, there are practically no significant differences in the use of the air cleaner on the convertible engine design, then from the point of view of the efficiency of suppressing gas-dynamic pulsations and noise emitted by a diesel intake system compared to a gasoline engine is a significant difference. It is intense gas-dynamic pulsations at the inlet of the diesel engine due to a approximately twofold increase in the degree of compression, the absence of damping diffuser elements in the power system (unlike carburetor designs), and the use of developed (with an increased length) collector pipes that increase torque at low engine speeds due to inertial pressurization, necessitate the use in the design of the intake system of a diesel engine as a mandatory element - a special expansion cavity - receiver, made The role of both the dynamic separation element of the undesirable wave interconnections of the collector branches of individual cylinders, and the pulsation damping element and the reduction of noise radiation in the cavity of the expansion chamber due to the formation of an effective wave tube in it, mismatching the wave resistances of the pipelines (inlet and outlet) and reflecting the waveguide propagation sound waves in the direction of the radiation source (disturbance) - cylinder with intake valve.

Анализируя и обобщая результаты вышеприведенного патентного обзора, следует сделать вывод, что все известные вышеперечисленные устройства улучшения акустических характеристик и снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС и соответственно улучшения их мощностных, экономических и экологических показателей связаны, как правило, с использованием дополнительных расширительных или резонансных камер, подключаемых как параллельно, так и последовательно к впускному тракту, использованием электронных систем формирования искусственных противофазных сигналов противодавлений для компенсации реальных сигналов пульсаций и шума, использованием дополнительных ресиверов, дополнительных управляемых воздуховодов и расширительных камер с изменяемым объемом. Analyzing and summarizing the results of the above patent review, it should be concluded that all known devices for improving acoustic characteristics and reducing gas-dynamic pulsations in the intake systems of ICEs and, accordingly, improving their power, economic and environmental indicators are connected, as a rule, with the use of additional expansion or resonance chambers connected both in parallel and in series to the intake path using electronic forming systems artificial antiphase backpressure signals to compensate for real pulsation and noise signals, using additional receivers, additional controlled air ducts and expansion chambers with a variable volume.

В качестве прототипа принят двигатель внутреннего сгорания, патент РФ N 2095612, кл. F 02 M 35/10, публ. 10.11.97 г., бюл. N 31, содержащий ресивер с присоединительным патрубком, посредством которого полость ресивера сообщается с системой забора очищенного воздуха, и отдельными впускными патрубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами; на присоединительном патрубке консольно закреплен штуцер, свободный срез которого размещен в полости ресивера вблизи поперечной боковым его стенкам плоскости, проходящей между двумя средними отдельными впускными патрубками. As a prototype adopted an internal combustion engine, RF patent N 2095612, class. F 02 M 35/10, publ. November 10, 1997, bull. N 31, comprising a receiver with a connecting pipe, through which the cavity of the receiver communicates with the intake air system, and separate inlet pipes that are connected to the cylinder head and individual cylinders; a fitting is cantilevered on the connecting pipe, a free cut of which is placed in the cavity of the receiver near the plane transverse to its lateral walls, passing between the two middle individual inlet pipes.

Описанному устройству присущи следующие недостатки. The described device has the following disadvantages.

Подключение свободного среза присоединительной трубы к полости воздухоочистителя со смещением от оси его корпуса, проходящей через центр тяжести объема воздухоочистителя, приводит к интенсивной раскачке собственных резонансных тангенциальных форм колебаний давления в замкнутой полости корпуса воздухоочистителя, что оказывает отрицательное влияние как на акустические качества тракта впуска, так и на газодинамические показатели. Connecting a free cut of the connecting pipe to the air cleaner cavity with an offset from the axis of its body passing through the center of gravity of the air cleaner volume leads to an intense buildup of its own resonant tangential forms of pressure fluctuations in the closed cavity of the air cleaner body, which negatively affects both the acoustic qualities of the intake duct and gas dynamics.

Длинная (как правило) присоединительная труба, связывающая объемы корпусов ресивера и воздухоочистителя, с одной стороны, имеет значительное количество собственных резонансных частот, излучая на этих частотах значительное количество акустической энергии, передающееся в окружающую среду через воздухозаборник воздухоочистителя, а с другой стороны, делает конструкцию некомпактной, труднокомпонуемой в стесненном пространстве моторного отсека автомобиля. С одной стороны, подключение воздухопроводящей трубы к полости воздухоочистителя произведено неоптимально с акустической точки зрения. С другой стороны, газовые потоки, транспортируемые по отдельным впускным патрубкам, попадая в ресивер, находятся в разных условиях поступления в отдельные цилиндры из-за несимметричного загромождающего (затеняющего) влияния на них стенок воздухопроводящей трубы, находящейся во внутренней полости ресивера. Вследствие того, что в прототипе (и практически во всех случаях) ресивер жестко закреплен на колеблющемся на подвеске двигателе, а воздухоочиститель установлен на относительно неподвижном кузове, воздухопроводящая труба, соединяющая ресивер с воздухоочистителем, как правило, выполненная в виде резинового шланга, подвергается значительным относительным вибрациям, в результате чего может происходить разгерметизация мест соединения трубы с названными элементами либо нарушается целостность (повреждение - разрыв) самой трубы. Как результат, через разгерметизированные зоны (щели) в двигатель из моторного отсека могут попадать дополнительный воздух, пыль, грязь и прочее, что влечет абразивный износ цилиндров поршневой группы, а также через образованные щели будет происходить интенсивное "высвечивание" (передача) и генерирование шумовой энергии из трубы в окружающую среду. Причем следует учесть, что дополнительное поступление газа в двигатель через разгерметизированные участки не учитывается штатным расходомером воздуха ДВС, что влечет нарушение оптимальным управлением впрыска топлива в цилиндры двигателя. Кроме обеспечения высоких прочностных характеристик такой соединительной резиновой трубе необходимо также решить вопрос ее стойкости к воздействию температур, горючести и т. п., что влечет существенное увеличение ее стоимости. A long (as a rule) connecting pipe connecting the volumes of the receiver and the air cleaner housings, on the one hand, has a significant amount of natural resonant frequencies, emitting at these frequencies a significant amount of acoustic energy transmitted to the environment through the air intake of the air purifier, and on the other hand, makes the design non-compact, difficult to compose in the confined space of the engine compartment of the car. On the one hand, the connection of the air-conducting pipe to the cavity of the air purifier is not optimal from an acoustic point of view. On the other hand, gas flows transported through separate inlet nozzles, entering the receiver, are in different conditions of entry into separate cylinders due to the asymmetric blocking (shading) effect on them of the walls of the air duct located in the inner cavity of the receiver. Due to the fact that in the prototype (and in almost all cases) the receiver is rigidly mounted on an engine oscillating on the suspension, and the air cleaner is mounted on a relatively stationary body, the air duct connecting the receiver with the air cleaner, usually made in the form of a rubber hose, is subject to significant relative vibrations, as a result of which depressurization of the joints of the pipe with the named elements may occur or the integrity (damage - rupture) of the pipe itself is violated. As a result, additional air, dust, dirt, etc. can get into the engine from the engine compartment through depressurized zones (cracks), which entails abrasive wear of the piston group cylinders, and intense “flashing” (transmission) and noise generation will occur through the formed cracks energy from the pipe to the environment. Moreover, it should be noted that the additional supply of gas to the engine through depressurized sections is not taken into account by the internal combustion engine air flow meter, which entails a violation of the optimal control of fuel injection into the engine cylinders. In addition to ensuring the high strength characteristics of such a connecting rubber pipe, it is also necessary to solve the problem of its resistance to temperature, combustibility, etc., which entails a significant increase in its cost.

Задачей изобретения является создание более жесткой, устойчивой, легко компонуемой конструкции и повышение ее акустической эффективности. The objective of the invention is to provide a more rigid, stable, easily assembled structure and increase its acoustic efficiency.

Техническое решение задачи достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем впускное устройство, состоящее из ресивера с отдельными впускными патрубками, которые соединяются с головкой цилиндра и сообщаются с отдельными цилиндрами посредством впускных клапанов, и воздухоочистителя, корпус которого снабжен входным окном для воздухозаборного патрубка и имеет форму кругового цилиндра, ограниченного днищем и крышкой, причем полости ресивера и воздухоочистителя сообщаются посредством воздухопровода, последний выполнен разветвленным, имеет, по крайней мере, два входных и два выходных патрубка, которые объединены общим трубопроводом, причем входные патрубки закреплены на боковой стенке ресивера и днище воздухоочистителя, оси входного окна воздухозаборного патрубка и оси свободных срезов входных патрубков размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось цилиндрического корпуса, при этом соотношение расстояний от центров свободных срезов входных патрубков до оси цилиндрического корпуса и площадей их поперечного сечения выполнено соответствующим следующей зависимости:
a1/a2 = Φ2/Φ1,
где a1, a2 - расстояние от центров срезов до оси цилиндрического корпуса;
Φ1, Φ2 - площади поперечных сечений срезов.The technical solution to the problem is achieved by the fact that in the known internal combustion engine containing an inlet device consisting of a receiver with separate inlet nozzles, which are connected to the cylinder head and communicate with the individual cylinders by means of inlet valves, and an air purifier, the housing of which is provided with an inlet window for the air intake and has the form of a circular cylinder bounded by a bottom and a cover, and the cavity of the receiver and the air cleaner communicate through the air duct, the last th made branched, has at least two inlet and two outlet pipes, which are combined by a common pipe, and the inlet pipes are fixed to the side wall of the receiver and the bottom of the air cleaner, the axis of the inlet window of the air intake pipe and the axis of the free sections of the inlet pipes are placed in mutually perpendicular planes passing through the axis of the cylindrical body, the ratio of the distances from the centers of free sections of the inlet pipes to the axis of the cylindrical body and the areas of their cross section I performed complies with the following relationship:
a1 / a2 = Φ2 / Φ1,
where a1, a2 is the distance from the centers of the slices to the axis of the cylindrical body;
Φ1, Φ2 are the cross-sectional areas of the slices.

С точки зрения достижения максимальной акустической эффективности целесообразно соотношение расстояний от центров свободных срезов выходных патрубков до нормальной плоскости поперечного сечения ресивера, проходящей через центр тяжести его объема и площадей их поперечного сечения, выполнять соответствующим следующей зависимости:
σ1/σ2 = S2/S1,
где σ1, σ2 - расстояние от центров срезов до названной плоскости;
S1, S2 - площади поперечных сечений срезов.From the point of view of achieving maximum acoustic efficiency, it is advisable to make the ratio of the distances from the centers of free cuts of the outlet pipes to the normal plane of the receiver’s cross section through the center of gravity of its volume and the areas of their cross section:
σ1 / σ2 = S2 / S1,
where σ1, σ2 is the distance from the centers of the slices to the named plane;
S1, S2 are the cross-sectional areas of the slices.

В середине общего трубопровода патрубков может быть размещен воздухопроницаемый пористый акустический рассеиватель. Он может представлять собой перфорированную перегородку, пробку (таблетку) из обладающего высокими демпфирующими свойствами газопроницаемого, пористого или сетчатого материала, такого как металлорезина, металлический пористый сетчатый материал ПСМ, катодная медь и другие аналогичные по своим физико-механическим свойствам материалы. An air-permeable porous acoustic diffuser can be placed in the middle of the common piping of the nozzles. It can be a perforated septum, cork (tablet) made of gas-permeable, porous or mesh material having high damping properties, such as metal rubber, metal porous mesh material PSM, cathode copper and other materials similar in physical and mechanical properties.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-6, где:
- на фиг. 1 и 6 показан предлагаемый двигатель внутреннего сгорания;
- на фиг. 2 и 3 показана первая низшая собственная резонансная продольная форма колебаний звукового давления, соответственно, в полости воздухоочистителя и полости ресивера;
на фиг. 4 и 5 показаны аналогичные повысотные моды, соответственно, в полости воздухоочистителя и в полости ресивера.The invention is illustrated in figures 1-6, where:
- in FIG. 1 and 6 show the proposed internal combustion engine;
- in FIG. 2 and 3 show the first lowest intrinsic resonant longitudinal waveform of sound pressure, respectively, in the cavity of the air cleaner and the cavity of the receiver;
in FIG. 4 and 5 show similar elevation modes, respectively, in the cavity of the air purifier and in the cavity of the receiver.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий впускное устройство, состоящее из ресивера 1 с отдельными впускными патрубками 2, 3, 4 и 5, которые соединяются с головкой цилиндра 6 и сообщаются с отдельными цилиндрами посредством впускных клапанов 7, и воздухоочистителя, корпус 8 которого имеет форму кругового цилиндра, ограниченного днищем 9 и крышкой 10, причем полости "А" и "Б", соответственно, ресивера и воздухоочистителя сообщаются посредством воздухопровода 11. Последний выполнен разветвляющимся и имеет, по крайней мере, два входных 12 и 13 и два выходных 14 и 15 патрубка, которые объединены общим трубопроводом 16, причем свободные срезы 17 и 18 входных патрубков 12 и 13 размещены в полости "Б" воздухоочистителя, по обе стороны от оси его цилиндрического корпуса, в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центр входного окна воздухоочистителя и ось его цилиндрического корпуса, а свободные срезы 19 и 20 выходных патрубков 14 и 15 размещены в полости "А" ресивера, по обе стороны от нормальной плоскости его поперечного сечения, проходящей через центр тяжести "Ц" объема ресивера. An internal combustion engine comprising an inlet device consisting of a receiver 1 with separate inlet pipes 2, 3, 4 and 5, which are connected to the cylinder head 6 and communicate with the individual cylinders through the intake valves 7, and an air cleaner, the housing 8 of which is in the form of a circular cylinder , bounded by the bottom 9 and the cover 10, and the cavity "A" and "B", respectively, of the receiver and the air cleaner are communicated through the air duct 11. The latter is made branching and has at least two inlet 12 and 13 and two in outlet 14 and 15 of the nozzle, which are combined by a common pipe 16, and free sections 17 and 18 of the inlet nozzles 12 and 13 are placed in the cavity "B" of the air purifier, on both sides of the axis of its cylindrical body, in a plane perpendicular to the plane passing through the center of the inlet the windows of the air purifier and the axis of its cylindrical body, and free sections 19 and 20 of the outlet pipes 14 and 15 are placed in the cavity “A” of the receiver, on both sides of the normal plane of its cross section passing through the center of gravity “C” of the volume of the receiver.

С точки зрения достижения максимальной акустической эффективности целесообразно свободные срезы 17 и 18 входных патрубков 12 и 13 в полости "Б" воздухоочистителя разместить на расстоянии H/2 0,3 d от поверхности днища 9 корпуса, где H - высота корпуса воздухоочистителя; d - диаметр свободного среза входного патрубка. Одновременно с этим корпус ресивера 1 предпочтительно выполнить в форме кругового цилиндра, ограниченного глухими торцевыми стенками 21 и 22, при этом свободные динамические (т.е. условно удлиненные на величину 0,3 d, где d - диаметр проходного сечения среза патрубка, от статического состояния) срезы 19 и 20 выходных патрубков 14 и 15 расположить на расстоянии (0,58...0,68)r от оси X-X цилиндрического корпуса ресивера 1, где r - радиус кругового цилиндра корпуса ресивера. Кроме того, в середине общего трубопровода 16 патрубков 12, 13 и 14, 15 может быть дополнительно размещен акустический рассеиватель 23. Последний может представлять собой перфорированную перегородку, пробку (таблетку) из обладающего высокими демпфирующими свойствами газопроницаемого, пористого или сетчатого материала, например металлорезины, металлического пористого сетчатого материала, катодной меди и пр. From the point of view of achieving maximum acoustic efficiency, it is advisable to place free sections 17 and 18 of the inlet pipes 12 and 13 in the cavity “B” of the air purifier at a distance H / 2 0.3 d from the surface of the bottom of the body 9, where H is the height of the body of the air cleaner; d is the diameter of the free cut of the inlet pipe. At the same time, the housing of the receiver 1 is preferably made in the form of a circular cylinder bounded by blind end walls 21 and 22, while free dynamic (i.e., conditionally elongated by a value of 0.3 d, where d is the diameter of the passage section of the pipe section, from static state) to cut the sections 19 and 20 of the outlet pipes 14 and 15 at a distance of (0.58 ... 0.68) r from the axis XX of the cylindrical body of the receiver 1, where r is the radius of the circular cylinder of the body of the receiver. In addition, in the middle of the common pipe 16 of the nozzles 12, 13 and 14, 15, an acoustic diffuser 23 can be additionally placed. The latter can be a perforated partition, a cork (tablet) made of gas-permeable, porous or mesh material, such as metal rubber, having high damping properties, porous metal mesh material, cathode copper, etc.

Дополнительно на фиг.1 показаны фильтрующий элемент 24 и входное окно 25 в корпусе 8 воздухоочистителя. Additionally, figure 1 shows the filter element 24 and the inlet window 25 in the housing 8 of the air purifier.

На фиг. 2-5 символом P обозначена амплитуда звукового давления на соответствующих низших собственных формах колебаний воздушного объема, заключенного в полостях "A" (ресивера) или "Б" (воздухоочистителя). In FIG. 2-5, the symbol P denotes the amplitude of sound pressure on the corresponding lower eigenmodes of vibration of the air volume enclosed in the cavities "A" (receiver) or "B" (air cleaner).

Предлагаемый двигатель работает обычным образом. The proposed engine operates in the usual way.

Открытие впускного клапана 7 (клапанов) в одном из цилиндров двигателя вызывает перепад давления до и после клапана 7 (в цилиндре двигателя по отношению к окружающей среде). Пульсации воздуха и упругие волны разрежения-сжатия воздушной среды, заполняющей трассу системы впуска, со скоростью звука распространяются по направлению от впускного клапана 7 к открытому срезу 26 патрубка 25 патрубка воздухоочистителя 8, а также в направлении всех свободных отводных тупиковых каналов трассы впуска с закрытыми впускными клапанами в данный момент - впускные патрубки 2...5 через сообщающийся объем воздухопровода 11, отражаются от закрытых впускных клапанов (тупиковые волноводы). Т.е. образуется звуковое газодинамическое поле многократно отражающихся упругих волн в сложном геометрическом объеме впускной системы с утечкой (излучением) энергии этих упругих волн в окружающую среду через свободно открытый срез воздухозаборного патрубка 26 воздухоочистителя 8 в виде звука. Opening the intake valve 7 (s) in one of the engine cylinders causes a pressure differential before and after valve 7 (in the engine cylinder with respect to the environment). Air pulsations and elastic waves of rarefaction and compression of the air medium filling the intake system path propagate with the speed of sound in the direction from the intake valve 7 to the open cut 26 of the pipe 25 of the air purifier pipe 8, as well as in the direction of all the free exhaust deadlock channels of the intake route with closed intake valves at the moment - inlet pipes 2 ... 5 through the communicating volume of the air pipe 11, are reflected from the closed inlet valves (dead-end waveguides). Those. a sound gasdynamic field of repeatedly reflected elastic waves is formed in the complex geometric volume of the intake system with the leakage (radiation) of the energy of these elastic waves into the environment through a freely open section of the air intake pipe 26 of the air cleaner 8 in the form of sound.

Распределение звуковых давлений на наиболее энергоемких низших собственных резонансных формах (первых формах) колебаний газа в объемах ресивера 1 и воздухоочистителя 8 характеризуется в виде косинусоид с минимумом значения давления в плоскостях, проходящих через центр тяжести названных объемов ресивера 1 и воздухоочистителя 8 (см. фиг. 2 и 3). The distribution of sound pressures on the most energy-intensive lower intrinsic resonance forms (first forms) of gas oscillations in the volumes of receiver 1 and air cleaner 8 is characterized as cosine waves with a minimum pressure in the planes passing through the center of gravity of the said volumes of receiver 1 and air cleaner 8 (see Fig. 2 and 3).

Предполагаемым изобретением предусматривается комплексное решение проблем уменьшения стоимости, максимальной унификации, компактности, жесткости, устойчивости и повышения шумозаглушающей способности за счет применения конструкции агрегатированного модуля ресивера и воздухоочистителя, сообщенных между собой оптимальным разветвляющимся воздухопроводом 11, свободные срезы 17-20 которого раскачивают объем газа в полостях "А" и "Б" относительно центров тяжести названных объемов с одинаковым по величине моментом, но с противоположным знаком, что сводит суммарную работу смежных срезов 17, 18 и 19, 20 по раскачке соответствующего объема полости к нулю, что, таким образом, исключает интенсивное шумовое загрязнение окружающей среды работающей энергетической установкой на транспортном средстве или стационарной энергетической установкой. The alleged invention provides a comprehensive solution to the problems of reducing cost, maximizing unification, compactness, rigidity, stability and increasing noise absorption due to the use of the design of the aggregated receiver module and air cleaner, interconnected by an optimal branching air duct 11, free cuts 17-20 of which swing the volume of gas in the cavities "A" and "B" relative to the centers of gravity of the named volumes with the same moment in magnitude, but with the opposite sign ohm, which reduces the total work of adjacent sections 17, 18 and 19, 20 in the buildup of the corresponding volume of the cavity to zero, which, thus, eliminates intense noise pollution of the environment by a working power plant in a vehicle or a stationary power plant.

Рассмотрим подробно акустические процессы, протекающие во время работы двигателя в воздушных полостях (объемах) "А" и "Б". Let us consider in detail the acoustic processes that occur during engine operation in the air cavities (volumes) "A" and "B".

Пульсирующий поток, поочередно возникающий в патрубках 2...5 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, динамически возбуждает объем газа (воздуха) как упругую массу в полости "А" ресивера 1, что приводит, в том числе, к возникновению в полости "А" ресивера 1 резонансных, с высокими амплитудными значениями, стоячих акустических волн (низших собственных мод продольных колебаний воздушного объема полости ресивера, фиг. 3). Энергия возбужденной первой собственной моды в полости "А" (фиг. 3) не передается в полость "Б" воздухоочистителя, поскольку она компенсируется в зоне рассеивателя 23, т. к. срезы 19 и 20 работают с одинаковой производительностью и синфазно, т.е. избыточное давление, попадающее в патрубок 14, складывается с отрицательным давлением такой же величины, образующимся в патрубке 15, что и приводит к взаимной компенсации величин этих давлений в зоне рассеивателя 23. Т. о. срезы 19 и 20 работают как противофазные, с равной производительностью, акустические монополи. The pulsating flow, which alternately arises in the nozzles 2 ... 5 in accordance with the operating order of the engine cylinders, dynamically excites the volume of gas (air) as an elastic mass in the cavity "A" of the receiver 1, which leads, inter alia, to the appearance in the cavity " A "receiver 1 resonant, with high amplitude values, standing acoustic waves (lower eigenmodes of longitudinal vibrations of the air volume of the cavity of the receiver, Fig. 3). The energy of the excited first eigenmode in the cavity "A" (Fig. 3) is not transferred to the cavity "B" of the air purifier, since it is compensated in the area of the diffuser 23, because the slices 19 and 20 work with the same performance and in phase, i.e. . the excess pressure that enters the nozzle 14, is added with a negative pressure of the same magnitude formed in the nozzle 15, which leads to mutual compensation of the values of these pressures in the area of the diffuser 23. T. about. sections 19 and 20 operate as antiphase, with equal performance, acoustic monopoles.

Совершенно аналогичная картина происходит и в полости "Б" воздухоочистителя, в которой срезы 17 и 18 возбуждают аналогичную резонансную моду колебаний звукового давления. Здесь первая собственная мода колебаний в полости "Б" (фиг. 2) не передается через окно 25 в окружающую среду, поскольку центр окна 25 и оси срезов 17 и 18 расположены во взаимно перпендикулярных полостях, проходящих через ось цилиндрического корпуса. Т.е. центр окна 25 расположен в узловой линии (где величина давления близка к нулю) колебаний звукового давления этой формы колебаний. В это же время первая собственная мода воздушной полости "Б" не возбуждается вследствие симметричного уравновешенного воздействия на воздушный объем полости "Б" двух идентичных по производительности синфазных акустических монополей в виде срезов 17 и 18. Одновременно с этим влияние этой формы на полость "А" ресивера 1 минимально в силу того обстоятельства, что срезы 17 и 18 работают как синфазные, равной производительности, монополя, т.е. избыточное давление этой формы колебаний, передающееся в патрубок 12, компенсируется аналогичным по величине, но противоположным по знаку разрежением, образующемся в это же время в патрубке 13. Компенсация давления происходит аналогичным образом в зоне рассеивателя 23. A completely similar picture occurs in the cavity "B" of the air purifier, in which sections 17 and 18 excite a similar resonant mode of sound pressure oscillations. Here, the first eigenmodes of oscillation in the cavity "B" (Fig. 2) is not transmitted through the window 25 to the environment, since the center of the window 25 and the axis of the slices 17 and 18 are located in mutually perpendicular cavities passing through the axis of the cylindrical body. Those. the center of the window 25 is located in the nodal line (where the pressure is close to zero) of the sound pressure oscillations of this vibration form. At the same time, the first intrinsic mode of the air cavity "B" is not excited due to the symmetrical balanced effect on the air volume of the cavity "B" of two identical in-phase acoustic monopoles in the form of slices 17 and 18. At the same time, the influence of this form on the cavity "A" receiver 1 is minimal due to the fact that the slices 17 and 18 operate as in-phase, of equal performance, monopole, i.e. the excess pressure of this form of vibration transmitted to the pipe 12 is compensated by a similar in magnitude, but opposite in sign vacuum, formed at the same time in the pipe 13. Compensation of pressure occurs in a similar way in the area of the diffuser 23.

Из фиг. 4 и 5 наглядно видно, что размещение динамических срезов (условно удлиненных на 0,3 d от своего статического состояния, где d - диаметр соответствующего среза) патрубков 12...15 в узловых линиях первых повысотных собственных резонансных форм колебаний объемов "А" и "Б", предотвращает передачу звукового давления этих мод через газопровод 11 и сводит к минимуму их влияние по всей длине впускного тракта как в сторону окружающей среды, так и в сторону впускных клапанов 7 двигателя. From FIG. 4 and 5 it is clearly seen that the placement of dynamic sections (conditionally elongated by 0.3 d from their static state, where d is the diameter of the corresponding section) of the nozzles 12 ... 15 in the nodal lines of the first high-rise intrinsic resonance modes of vibration of volumes "A" and "B" prevents the transmission of the sound pressure of these modes through the gas line 11 and minimizes their effect along the entire length of the inlet tract both towards the environment and towards the intake valves 7 of the engine.

Наличие в газопроводе 11 рассеивателя 23 звуковой энергии позволяет более полно скомпенсировать разность давлений, образующихся в патрубках 12, 13 и 19, 20, учитывая при этом некоторую неточность изготовления конструкции (допуски на длины патрубков, их толщину и сечение, отклонение геометрических форм корпуса 8 воздухоочистителя и ресивера 1 и другие конструктивно-технологические обстоятельства). The presence in the gas pipe 11 of the diffuser 23 of sound energy can more fully compensate for the pressure difference generated in the nozzles 12, 13 and 19, 20, taking into account some inaccuracy in the manufacture of the structure (tolerances on the length of the nozzles, their thickness and cross-section, the deviation of the geometric shapes of the air cleaner housing 8 and receiver 1 and other structural and technological circumstances).

Таким образом, образованная разветвленная система газопровода 11, сообщающая воздушные полости "А" и "Б" трубопроводами 12, 13, 14, 15, позволяет исключить как резонансное возбуждение низших собственных мод колебаний этих полостей, так и исключить взаимную передачу отдельных возбужденных низших собственных мод колебаний из одной полости в другую. Такая конструкция позволяет устранить резонансную передачу звука, генерируемого полостью цилиндра движущимся поршнем и открывающимся впускным клапаном 7 и распространяемого по всей трассе системы впуска в направлении входного окна 25, снизить шум дизельного двигателя, излучаемый в окружающую среду. Thus, the formed branched system of the gas pipeline 11, which communicates the air cavities “A” and “B” with the pipelines 12, 13, 14, 15, allows one to exclude both the resonant excitation of the lower eigenmodes of vibration of these cavities and to exclude the mutual transmission of individual excited lower eigenmodes oscillations from one cavity to another. This design eliminates the resonant transmission of sound generated by the cylinder cavity by the moving piston and the opening intake valve 7 and distributed along the entire route of the intake system in the direction of the inlet window 25, to reduce the noise of the diesel engine emitted into the environment.

Монтаж воздухоочистителя 8 через жесткий и короткий разветвленный газопровод 11 на боковой стенке ресивера 1 через две опорные зоны позволяет обеспечить высокую устойчивость, жесткость и надежность соединения ресивера 1 и воздухоочистителя 8 в сравнении с конструкцией, описанной в прототипе. При этом достигается компактность агрегатированного узла всего впускного устройства двигателя и устраняются все описанные выше недостатки прототипа. The installation of the air purifier 8 through a rigid and short branched gas pipe 11 on the side wall of the receiver 1 through two supporting zones allows for high stability, rigidity and reliability of the connection between the receiver 1 and the air purifier 8 in comparison with the design described in the prototype. This achieves the compactness of the aggregated node of the entire intake device of the engine and eliminates all the above disadvantages of the prototype.

Claims

1. An internal combustion engine comprising an inlet device consisting of a receiver with separate inlet nozzles that are connected to the cylinder head and communicate with the individual cylinders by means of inlet valves, and an air cleaner, the casing of which is provided with an inlet window for the intake pipe and has the shape of a circular cylinder bounded the bottom and the lid, and the cavity of the receiver and the air cleaner are communicated by means of an air duct, characterized in that the latter is branched, has, according to At least two inlet and two outlet pipes, which are connected by a common pipe, the inlet pipes mounted on the side wall of the receiver and the bottom of the air cleaner, the axis of the inlet window of the air intake pipe and the axis of the free sections of the inlet pipes are placed in mutually perpendicular planes passing through the axis of the cylindrical body, the ratio of the distances from the centers of free sections of the inlet pipes to the axis of the cylindrical body and the areas of their cross section is made corresponding to the following her dependencies:
a1 / a2 = Φ2 / Φ1,
where a1, a2 - the distance from the centers of the slices to the axis of the cylindrical body;
Φ1, Φ2 are the cross-sectional areas of the slices.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the ratio of the distances from the centers of free sections of the outlet pipes to the normal plane of the cross section of the receiver passing through the center of gravity of its volume and the areas of their cross section is made corresponding to the following dependence
δ1 / δ2 = S2 / S1,
where δ1, δ2 is the distance from the centers of the slices to the named plane;
S1, S2 are the cross-sectional areas of the slices.