RU2187668C2 - Multicylinder internal combustion engine - Google Patents
Multicylinder internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187668C2 RU2187668C2 RU2000118958/06A RU2000118958A RU2187668C2 RU 2187668 C2 RU2187668 C2 RU 2187668C2 RU 2000118958/06 A RU2000118958/06 A RU 2000118958/06A RU 2000118958 A RU2000118958 A RU 2000118958A RU 2187668 C2 RU2187668 C2 RU 2187668C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- chambers
- inlet
- engine
- internal combustion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры. The invention relates to engine building, in particular to multi-cylinder internal combustion engines with fuel injection into cylinders.
Применение системы электронного впрыска топлива вызывает необходимость введения в конструкцию двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) устройств, позволяющих в значительной степени ослабить величину резонансных амплитуд пульсаций объемного расхода воздуха (снизить гидравлические сопротивления) в тракте системы впуска, с целью улучшения наполнения цилиндров, повышения эффективной мощности и экономических показателей двигателя. С другой стороны, подавление резонансных пульсаций газа во впускной системе ДВС благоприятно с точки зрения снижения звукового (шумового) излучения в окружающую среду, производимого как выходным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя (аэродинамический шум), так и вибрирующими стенками элементов системы впуска (структурный, корпусной шум). The use of an electronic fuel injection system necessitates the introduction of devices into the design of an internal combustion engine (hereinafter ICE) that can significantly reduce the resonant amplitudes of the pulsations of the volumetric air flow rate (reduce hydraulic resistance) in the intake system path in order to improve the filling of the cylinders and increase the effective power and economic performance of the engine. On the other hand, the suppression of resonant pulsations of gas in the intake system of the internal combustion engine is favorable from the point of view of reducing sound (noise) radiation into the environment produced by both the exit section of the air intake pipe of the air cleaner (aerodynamic noise) and the vibrating walls of the intake system elements (structural, cabinet noise )
Так, например, японская фирма "Ямаха Мотор" в заявке М 61-244824, F 02 B 27/00, публ. 31.10.86, для снижения пульсаций и шума предлагает использовать два ресивера, параллельно и последовательно подключенных к трассе впускного трубопровода. So, for example, the Japanese company "Yamaha Motor" in the application M 61-244824, F 02 B 27/00, publ. 10.31.86, to reduce ripple and noise, suggests using two receivers, parallel and sequentially connected to the intake manifold route.
Японская фирма "Хонда Мотор" в заявке N 63-219866, F 02 M 35/10, публ. 13.09.88, предлагает для снижения шума при всасывании использовать два раздельных воздушных трубопровода, соединяющих воздухоочиститель и ресивер с двумя управляемыми дроссельными заслонками, обеспечивающими закрытие вспомогательного канала на низких оборотах и открытое состояние обоих соединительных трубопроводов на высоких оборотах. Эта же фирма в заявке N 61-190159, F 02 M 35/12, публ. 14.01.87, в целях обеспечения шумоглушения в широком диапазоне частот, предлагает соединять с впускной трубой два устройства шумоглушения - 1/4-волновой резонатор тупикового типа и резонансную камеру. The Japanese company "Honda Motor" in the application N 63-219866, F 02 M 35/10, publ. 09/13/88, suggests using two separate air lines connecting the air purifier and the receiver with two controlled throttles to reduce the noise at the suction, which ensure closing of the auxiliary channel at low revs and the open state of both connecting pipelines at high revolutions. The same company in the application N 61-190159, F 02 M 35/12, publ. 14.01.87, in order to ensure sound attenuation in a wide range of frequencies, it proposes to connect two sound attenuation devices to the inlet pipe - a 1/4-wave dead-end resonator and a resonant chamber.
В ЕПВ N 0278117, F 02 B 27/00, публ. 17.08.88, для использования эффектов повышения наполнения цилиндров, за счет подавления резонансных пульсаций газа путем их сложения в противофазе, предлагается использовать взаимосогласованные дополнительные резонансные трубы и дополнительный ресивер. EPO N 0278117, F 02 B 27/00, publ. 08/17/88, to use the effects of increasing the filling of the cylinders, by suppressing resonant pulsations of the gas by adding them in antiphase, it is proposed to use mutually agreed additional resonant tubes and an additional receiver.
Австрийская фирма "АВЛ" в заявке ФРГ N 3820607, F 01 B 25/00, публ. 29.12.88, для расширения частотного диапазона эффективной работы дополнительного акустического резонатора, предлагает выполнять его конструкцию изменяемого объема, настраиваемого в зависимости от скорости вращения коленвала. The Austrian company "AVL" in the application of Germany N 3820607, F 01 B 25/00, publ. 12/29/88, to expand the frequency range of the effective operation of the additional acoustic resonator, offers to carry out its design of variable volume, adjustable depending on the speed of rotation of the crankshaft.
Японская фирма "Ниппон радзиэта" в заявке Японии N 62-48047, F 01 M 1/02, публ. 12.10.87, предлагает, с целью повышения эффекта глушения шума, взамен использования крупногабаритных сложных конструкций глушителей применять антирезонансную впускную трубу, включающую управляемый источник шума или вибраций, электромагнитный клапан, приемные акустические датчики, управляющий процессор. The Japanese company "Nippon Radzieta" in the application of Japan N 62-48047, F 01 M 1/02, publ. 12.10.87, proposes, in order to increase the effect of damping the noise, instead of using large-sized complex designs of silencers, use an anti-resonance inlet pipe, including a controlled noise or vibration source, an electromagnetic valve, receiving acoustic sensors, and a control processor.
Японская фирма "Хитачи сэйсакусе" в заявке Японии N 2-4840, F 16 L 55/04, публ. 30.01.90, для снижения пульсаций в системе трубопроводов предлагает трубопровод разветвлять по меньшей мере на два канала, на различных расстояниях от точки разветвления размещать расширительные камеры, отражающие прямые падающие звуковые волны назад к источнику пульсаций (цилиндру двигателя), причем расстояние между стенками камер выбирается определенным образом. Japanese company "Hitachi seisakuse" in the application of Japan N 2-4840, F 16 L 55/04, publ. 01/30/90, to reduce fluctuations in the piping system, it proposes that the pipeline branch into at least two channels, at different distances from the branch point, place expansion chambers that reflect direct incident sound waves back to the pulsation source (engine cylinder), and the distance between the chamber walls is selected in a certain way.
Английское отделение фирмы "Форд Мотор" в заявке Великобритании N 2203488, F 02 B 29/00, публ. 19.10.88, для подавления пульсаций газа и шума во впускном коллекторе, предусматривает установку устройства "антизвука" в виде специального громкоговорителя или специального резервуара с электроклапаном. The English branch of the Ford Motor company in the application of Great Britain N 2203488, F 02 B 29/00, publ. 10.19.88, to suppress gas pulsations and noise in the intake manifold, provides for the installation of an “anti-sound” device in the form of a special loudspeaker or a special reservoir with an electrovalve.
Японская фирма "Ниссан Дзидося" в японской заявке N 51-23656, F 02 B 37/00, публ. 08.05.89, для снижения шума впуска ДВС и повышения его мощности, вследствие снижения обратного тока наддувочного воздуха, предлагает использовать специальную конструкцию глушителя шума в виде расширительной камеры с внутренними трубками определенного соотношения диаметров и определенного расстояния срезов труб между собой. Japanese company Nissan Jidosia in Japanese application N 51-23656, F 02 B 37/00, publ. 05/08/89, to reduce the intake noise of the internal combustion engine and increase its power, due to a decrease in the reverse current of the charge air, it is proposed to use a special design of the silencer in the form of an expansion chamber with internal tubes of a certain ratio of diameters and a certain distance of the pipe sections between them.
Канадское отделение фирмы "Сименс-Бендикс" в патенте США N 4934343, F 02 M 35/00, для глушения шума газового потока, без существенного влияния на гидравлическое сопротивление впускного тракта, предусматривает применение двух диффузорных секций на раздвоенном участке газопровода, обеспечивающих фазовый сдвиг и компенсацию амплитуд пульсаций при их сложении в зоне соединения. The Canadian branch of Siemens-Bendix in US Pat. No. 4,934,343, F 02 M 35/00, for damping gas flow noise, without significantly affecting the hydraulic resistance of the inlet tract, provides for the use of two diffuser sections in a bifurcated section of the gas pipeline that provide phase shift and compensation of pulsation amplitudes when they are added in the connection zone.
Французской фирмой "Пежо" в патенте Франции N 2536792, публ. 22.06.84, заявляется использование сужающей проходное сечение впускной трубы дроссельной шайбы или диффузорной вставки для снижения шума впуска ДВС с непосредственным впрыском топлива. Дроссельная шайба или диффузорная вставка для обеспечения требуемой эффективности располагается в зоне пучности волны колебательной скорости газового потока на некотором заданном скоростном режиме работы ДВС. Очевидным недостатком устройства является рост гидравлических сопротивлений впускной системы вследствие заужения проходного сечения и, как следствие, ухудшение мощностных, экономических и экологических (токсических) показателей ДВС. Также расположение дроссельной шайбы или диффузорной вставки в одно конкретное место впускной трассы позволяет эффективно воздействовать только на одну резонансную частоту и кратные ей нечетные гармоники, т.е. имеется в наличии ограниченное воздействие на отдельных скоростных режимах работы ДВС. The French company Peugeot in French patent N 2536792, publ. 06/22/84, the use of a throttling plate or diffuser insert narrowing the inlet section of the inlet pipe to reduce the intake noise of ICE with direct fuel injection is claimed. The throttle washer or diffuser insert to ensure the required efficiency is located in the antinode wave of the vibrational velocity of the gas stream at some given speed mode of operation of the internal combustion engine. An obvious disadvantage of the device is the increase in hydraulic resistance of the intake system due to narrowing of the bore and, as a consequence, the deterioration of power, economic and environmental (toxic) parameters of ICE. Also, the location of the throttle washer or diffuser insert in one specific place of the inlet path allows you to effectively act on only one resonant frequency and multiple odd harmonics, i.e. there is a limited impact on individual high-speed engine operation modes.
Американское отделение фирмы "Сименс-Бендикс" в патенте США N 4907547, F 02 M 35/10, публ. 13.03.90, для подавления шумов и пульсаций в системе впуска ДВС предлагает использовать специальной отражатель волн, располагаемый поперек впускной трубы одного из цилиндров и пары цилиндров на вращающемся валике, который, поворачиваясь, обеспечивает избирательное открытие одной из соседних впускных труб цилиндра ДВС. The American branch of the company Siemens Bendix in US patent N 4907547, F 02 M 35/10, publ. 03/13/90, to suppress noise and pulsations in the intake system of the internal combustion engine, it is proposed to use a special wave reflector located across the inlet pipe of one of the cylinders and a pair of cylinders on a rotating roller, which, when turned, ensures the selective opening of one of the neighboring inlet pipes of the internal combustion engine cylinder.
Японской фирмой "Мазда Мотор" в ЕВП N 0376299, F 02 M 35/12, публ. 04.07.90, для подавления газовых пульсаций и шума во впускной системе ДВС предусмотрено использование специального приспособления для подавления каждой из резонансных гармоник пульсаций, кратных λ(0,5+n) длинам резонансных волн пульсаций, где n - целое число, равное нулю или более нуля. The Japanese company Mazda Motor in ЕВП N 0376299, F 02 M 35/12, publ. 07/04/90, to suppress gas pulsations and noise in the intake system of the internal combustion engine, a special device is provided for suppressing each of the resonant harmonics of pulsations that are multiples of λ (0.5 + n) the lengths of the resonant waves of pulsations, where n is an integer equal to zero or more zero.
Германской фирмой "Фольксваген" в 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, будет происходить преобразование энергии пульсаций в тепловую энергию в упругом материале стенки с высоким внутренним трением материала (резины). К очевидным недостаткам такой системы следует отнести относительную дороговизну устройства, нестабильность эксплуатационных характеристик упругой стенки, малую долговечность, опасность попадания неочищенного воздуха в цилиндры ДВС при повреждении упругой стенки, существенное излучение звука непосредственно "пульсирующей" упругой стенкой и т.п. The German company Volkswagen in the application of Germany N 3742322, F 02 M 35/10, publ. 07.07.88, it is planned to 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 tract, in which pulsed energy will be converted into thermal energy due to the pulsating action of the receiver walls. in an elastic wall material with high internal friction of the material (rubber). The obvious disadvantages of such a system include the relative high cost of the device, the instability of the operational characteristics of the elastic wall, low durability, the risk of untreated air entering the ICE cylinders when the elastic wall is damaged, significant sound emission directly from the “pulsating” elastic wall, etc.
Анализируя и обобщая результаты вышеприведенного патентного обзора, следует сделать вывод, что вышеперечисленные устройства улучшения акустических характеристик и снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС и соответственно улучшения их мощностных, экономических и экологических показателей связаны с использованием дополнительных расширительных или резонансных камер, подключаемых как параллельно, так и последовательно к впускному тракту, использованием электронных систем формирования искусственных противофазных сигналов для компенсации реальных сигналов пульсаций и шума, использованием дополнительных ресиверов, дополнительных управляемых воздуховодов и камер с изменяемым объемом, разветвленных газоводов с фазоуправляемыми диффузорными секциями. Analyzing and summarizing the results of the above patent review, it should be concluded that the above devices to improve acoustic performance and reduce gas-dynamic pulsations in the intake systems of ICEs and, accordingly, improve their power, economic and environmental performance are associated with the use of additional expansion or resonance chambers connected in parallel and sequentially to the intake tract, using electronic systems for the formation of artificial antiphase x signals to compensate actual signals ripple and noise, using additional receivers, additional controlled ducts and chambers with variable volume, branched gazovodov fazoupravlyaemymi with diffuser sections.
В качестве прототипа принят многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, патент России 2064071, МПК6 F 02 M 35/12, публ. 20.07.96, БИ 20, который содержит головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке штуцер. Последний размещен внутри ресивера и его выход подключен к системе воздухоочистки и топливоподачи двигателя, при этом штуцер, по крайней мере на части своей длины, выполнен перфорированным, а его свободный срез герметично заглушен. As a prototype adopted a multi-cylinder internal combustion engine, Russian patent 2064071, IPC6 F 02 M 35/12, publ. 07/20/96, BI 20, which contains a cylinder head with inlet openings in which inlet valves are installed, inlet nozzles extending directly from the inlet openings and exiting into the gas collection receiver, the side wall of which is provided with connecting holes for the said nozzles, and installed along the receiver cavity mounted on its end wall fitting. The latter is located inside the receiver and its outlet is connected to the engine’s air purification and fuel supply system, while the fitting, at least part of its length, is perforated, and its free cut is hermetically sealed.
В рассматриваемом двигателе применена весьма компактная, высокотехнологичная и эффективная конструкция ресивера. Тем не менее, имеются возможности дальнейшего совершенствования конструкции с точки зрения улучшения ее акустических характеристик. Обусловлено это тем, что устройство, описанное в прототипе, практически никоим образом не связано с необходимым подавлением собственных низкочастотных резонансов воздушного объема полости ресивера, усиливающих передачу звука по впускному тракту на этих частотах, а связано только с ослаблением передачи звука и пульсаций воздуха из полости ресивера во внутрь полости перфорированного штуцера, путем его демпфирования и отражения (обратно к источнику) в зонах перфорированных отверстий штуцера. Также в прототипе не разрываются (не ослабляются) динамические резонансные взаимосвязи между воздушными полостями впускных патрубков, усиливающие взаимное возбуждение и дополнительную передачу звука в полость ресивера и далее, по впускному воздухозаборному патрубку, - излучение усиленного шума впуска в окружающую среду. Таким образом, открытие впускного клапана в одном из цилиндров ДВС и распространение соответствующего динамического импульса во впускной патрубок будет возбуждать пульсации и резонансный звук в остальных впускных патрубках многоцилиндрового ДВС, что нежелательно усилит излучение шума в полости ресивера и впускной системы в целом. Так же, в прототипе не демпфируются структурные вибрации стенки перфорированного штуцера и стенок корпуса ресивера, что может усиливать излучение корпусного структурного звука или вызывать необходимость решения прочностных проблем вибрирующего перфорированного штуцера. В особенности, резонансные взаимосвязи и взаимодействия впускных патрубков происходят в моменты перекрытия фаз процесса впуска, когда в течение определенных временных промежутков оказываются открытыми клапаны цилиндров двух последующих процессов впуска. Ослабление таких взаимосвязей и резонансных взаимодействий в прототипе не реализуется. The engine in question uses a very compact, high-tech and efficient receiver design. Nevertheless, there are opportunities for further improvement of the design in terms of improving its acoustic characteristics. This is due to the fact that the device described in the prototype is in no way connected with the necessary suppression of its own low-frequency resonances of the air volume of the receiver cavity, enhancing sound transmission through the inlet tract at these frequencies, but is only associated with the weakening of sound transmission and air pulsations from the receiver cavity into the cavity of the perforated fitting by damping and reflection (back to the source) in the areas of the perforated holes of the fitting. Also, in the prototype, the dynamic resonant relationships between the air cavities of the inlet pipes do not break (do not weaken), enhancing the mutual excitation and additional sound transmission to the receiver cavity and further along the inlet air intake pipe - radiation of amplified noise of the intake into the environment. Thus, the opening of the intake valve in one of the internal combustion engine cylinders and the propagation of the corresponding dynamic impulse into the intake pipe will cause pulsations and resonant sound in the remaining intake pipes of the multi-cylinder internal combustion engine, which is undesirable to amplify noise radiation in the cavity of the receiver and the intake system as a whole. Also, in the prototype, structural vibrations of the walls of the perforated fitting and the walls of the receiver body are not damped, which can enhance the radiation of the structural sound of the body or cause the need to solve the strength problems of the vibrating perforated fitting. In particular, the resonant interconnections and interactions of the inlet pipes occur at the moments when the phases of the intake process overlap, when the cylinder valves of the two subsequent intake processes are open for certain time intervals. The weakening of such interconnections and resonant interactions in the prototype is not implemented.
Решение технической задачи направлено на дальнейшее совершенствование конструкции ресивера многоцилиндрового ДВС. The solution to the technical problem is aimed at further improving the design of the receiver of a multi-cylinder engine.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания, содержащем головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке, частично перфорированный по своей длине штуцер, выход которого подключен к системе воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а вход герметично заглушен противоположной торцевой стенкой ресивера, внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки, разделяющие полость ресивера на камеры неравного объема, число которых равно количеству присоединительных отверстий для впускных патрубков, при этом отверстия перфорации на штуцере сгруппированы в ряды поясов, каждый из которых расположен в средней части соответствующей камеры, образованной поперечными перегородками, или поперечной перегородкой и ближайшей к ней торцевой стенкой ресивера, а общее проходное сечение отверстий перфорации в каждой из камер может быть различным за счет изменения общего числа отверстий и/или их размеров. Камеры внутри общего корпуса ресивера сформированы в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, таким образом, что собственные резонансные частоты каждой очередной камеры, в которой последовательно происходит такт впуска, максимально отличаются от собственных резонансных частот предыдущей камеры, в которой перед этим происходил такт впуска, при этом каждая из последовательных пар камер максимально удалены друг от друга. Для исключения роста гидравлических потерь в тракте системы впуска, затрудняющих топливоподачу, суммарная площадь отверстий перфорации каждого из поясов составляет не менее 1,2 площади проходного сечения штуцера в месте выполнения пояса перфорации. Толщины отверстий перфорации в стенке штуцера в каждой из отдельных камер могут иметь различную величину, общее проходное сечение отверстий перфорации, число и размеры отверстий перфорации в каждой из камер могут быть различными. На внутренних поверхностях торцевых стенок ресивера могут быть дополнительно смонтированы прокладки из пористого пенистого или волокнистого газопроницаемого металлического материала. Кроме того, в стыке соединения перегородок с боковой стенкой ресивера может быть установлен вибродемпфирующий газонепроницаемый (например, резиновый, в виде кольца) элемент. The essence of the invention lies in the fact that in the well-known multi-cylinder internal combustion engine containing a cylinder head with inlet openings in which inlet valves are installed, inlet nozzles extending directly from the inlet openings and exiting into the gas collection receiver, the side wall of which is provided with connecting openings for the named nozzles , and mounted along the cavity of the receiver, mounted on its end wall, partially perforated along the length of the fitting, the output of which is connected it is connected to the engine’s air purification and fuel supply system, and the input is hermetically sealed by the opposite end wall of the receiver, solid transverse partitions are mounted inside the receiver, dividing the receiver cavity into chambers of unequal volume, the number of which is equal to the number of connecting holes for inlet pipes, while the perforation holes on the nozzle are grouped into rows of belts, each of which is located in the middle part of the corresponding chamber formed by transverse partitions, or a transverse partition and the end wall of the receiver closest to it, and the total bore of the perforation holes in each of the chambers may be different due to a change in the total number of holes and / or their sizes. The chambers inside the receiver’s common housing are formed in accordance with the order of operation of the engine cylinders, so that the natural resonance frequencies of each next chamber in which the intake cycle is sequentially differ as much as possible from the natural resonance frequencies of the previous chamber, in which the intake cycle used to occur, In this, each of the successive pairs of cameras is maximally distant from each other. To exclude the increase in hydraulic losses in the intake system path, which impede fuel supply, the total area of the perforation holes of each of the belts is at least 1.2 of the passage area of the nozzle at the location of the perforation belt. The thickness of the perforation holes in the wall of the nozzle in each of the individual chambers may have a different size, the total bore of the perforation holes, the number and size of the perforation holes in each of the chambers can be different. On the inner surfaces of the end walls of the receiver, gaskets made of porous foamy or fibrous gas permeable metal material can be additionally mounted. In addition, a vibration-damping gas-tight (for example, rubber, in the form of a ring) element can be installed at the junction of the connection of the partitions with the side wall of the receiver.
Сущность изобретения поясняется на чертежах. The invention is illustrated in the drawings.
На фиг.1 показано устройство тракта впуска заявляемого многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Figure 1 shows the device of the intake path of the inventive multi-cylinder internal combustion engine.
На фиг. 2 показана часть ресивера с штуцером, внешняя стенка которого имеет коническую форму. In FIG. 2 shows a part of the receiver with a fitting, the outer wall of which has a conical shape.
На фиг.3 показан возможный вариант соединения поперечной перегородки со стенкой ресивера через вибродемпфирующий элемент. Figure 3 shows a possible connection of the transverse partition with the wall of the receiver through a vibration damping element.
Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания содержит головку цилиндров 1 с впускными отверстиями 2, в которых установлены впускные клапаны 3, впускные патрубки 4, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер 5, боковая стенка 6 которого снабжена присоединительными отверстиями 7 для названных патрубков 4, и установленный вдоль полости ресивера 5, закрепленный на его торцевой стенке 8, частично перфорированный по своей длине штуцер 9, выход которого подключен к системе 10 воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а вход герметично заглушен противоположной торцевой стенкой 11 ресивера. Внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки 12, разделяющие полость ресивера на камеры неравного объема, число которых равно количеству присоединительных отверстий 7 для впускных патрубков 4, при этом отверстия 13 перфорации на штуцере 9 сгруппированы в ряды поясов, каждый из которых расположен в средней части соответствующей камеры, образованной поперечными перегородками 12, или поперечной перегородкой 12 и ближайшей к ней торцевой стенкой 8 или 11 ресивера 5. Камеры внутри общего корпуса ресивера 5 сформированы в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, таким образом, что собственные резонансные частоты каждой очередной последующей камеры, в которой происходит такт впуска, максимально отличаются от собственных резонансных частот предыдущей камеры, в которой перед этим происходил такт впуска, при этом каждая из смежных пар камер максимально удалены друг от друга. Для исключения роста гидравлических потерь в тракте системы впуска, затрудняющих топливоподачу, суммарная площадь отверстий 13 перфорации каждого из поясов составляет не менее 1,2 площади проходного сечения штуцера 9 в месте выполнения пояса перфорации. Толщины отверстий 13 перфорации в стенке штуцера в каждой из отдельных камер, см. фиг.2, для направленного изменения собственной резонансной частоты камеры, могут иметь различную величину. Конструктивно это может быть достигнуто путем выполнения стенки штуцера 9 конической, или путем выполнения внешней отбортовки отверстий (такой вариант на чертежах не показан). Общее проходное сечение отверстий перфорации, число и размеры отверстий перфорации в каждой из камер могут быть различными. Кроме того, в стыке соединения, см. фиг.3, перегородок 12 с боковой стенкой 6 ресивера 5 может быть установлен вибродемпфирующий газонепроницаемый (например, резиновый) элемент 14. The multi-cylinder internal combustion engine comprises a cylinder head 1 with inlet openings 2, in which inlet valves 3 are installed,
Реализация рабочего процесса в ДВС с соответствующим открытием впускного клапана 3 вызывает перепад давлений в емкости переменного объема цилиндра двигателя, которая сформирована поверхностями днища движущегося поршня и камеры сгорания (за клапаном) по отношению к окружающей среде. При этом колебательный импульс в виде упругих волн распространяется со скоростью звука в воздушной среде, заполняющей впускной тракт, вследствие чего происходит возбуждение воздушных объемов впускных патрубков 4 с закрытыми впускными клапанами 3 (тупиковых волноводов) и происходит взаимодействие и связанность звуковых полей и газодинамических пульсаций газа в патрубках 4, что затрудняет разобщающее (разделяющее) действие ресивера 5, вызывает формирование соответствующего звукового поля в пространстве полости ресивера 5, отражение звуковых волн от стенок 6, 8 и 11 ресивера 5 по направлению к впускным клапанам 3 патрубков 4 и "вытеснение" и распространение звуковой энергии из полости ресивера 5 в магистраль системы впуска и воздухоочистки 10, как в звукопередающий волновод с определенной акустической проводимостью и далее - излучение этой энергии в виде акустического шума в окружающую среду. The implementation of the working process in the internal combustion engine with the corresponding opening of the intake valve 3 causes a pressure differential in the capacity of the variable volume of the engine cylinder, which is formed by the surfaces of the bottom of the moving piston and the combustion chamber (behind the valve) with respect to the environment. In this case, the vibrational pulse in the form of elastic waves propagates with the speed of sound in the air filling the inlet tract, as a result of which the air volumes of the
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, например, из 4-х цилиндров рядного четырехтактного ДВС при его работе генерирует серию импульсов всасывания. Эта последовательность импульсов создает колебания (пульсации) объемного расхода газа с основной частотой:
и кратными частотами
fm=m•f1,Гц
где m=1,2,3; n - число оборотов в мин.Each, for example, of the 4 cylinders in-line four-stroke ICE 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 is the number of revolutions per min.
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 k=1, для второго k=4, для третьего k=2, для четвертого k=3.Fluctuations in gas flow in different cylinders are shifted in time:
and in phase: for a 4-cylinder engine, a phase shift for the first harmonic occurs, equal to:
where k is the order of the pulses along the cylinders in accordance with the order of the cylinders. For the first cylinder k = 1, for the second k = 4, for the third k = 2, for the fourth k = 3.
π=3,14 рад
Для n-й гармоники сдвиг по времени тот же, а по фазе:
φm = m•φ1, рад
Двигатель с ресивером в системе впуска способствует обеспечению раздельного (независимого) наддува цилиндров за счет существенного разрыва газодинамических связей между патрубками 4 и объемом ресивера 5. С другой стороны, относительная независимость волновых акустических явлений в патрубках 4, соединяющих ресивер 5 с цилиндрами, приводит к более резкому развитию колебаний газа в каждом патрубке 4 по отдельности. Эти резонансные колебания проявляются на собственных частотах колебаний патрубков
где С - скорость звука, м/с;
Р=1,2,3,...;
Ln - длина патрубка, м.π = 3.14 rad
For the nth harmonic, the time shift is the same, but in phase:
φ m = m • φ 1 , rad
An engine with a receiver in the intake system helps to ensure separate (independent) cylinder pressurization due to a significant break in gas-dynamic connections between the
where C is the speed of sound, m / s;
P = 1,2,3, ...;
L n - pipe length, 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 примыкающих к нему элементах).At the lowest resonant frequency (f (1) ), others associated with the nozzles of the mass of gas (directly in the receiver and adjacent elements) are partially involved in the system that forms the resonant circuit.
Вследствие несимметрии акустических нагрузок (различного расстояния подсоединения патрубков от центра тяжести воздушной полости ресивера), формируемых конструкцией ресивера, акустические нагрузки на патрубки отдельных цилиндров различны и это приводит к небольшому несовпадению резонансных частот (f(1)) отдельных патрубков. Поэтому, возникающие резонансные колебания газа в одном из них (на своей резонансной частоте) не подавляются колебаниями, приходящими в ресивер от других патрубков, даже если начальные импульсы от цилиндров скомпенсированы (идут в противофазе).Due to the asymmetry of the acoustic loads (different connection distances of the nozzles from the center of gravity of the air cavity of the receiver) formed by the receiver design, the acoustic loads on the nozzles of individual cylinders are different and this leads to a slight mismatch of the resonant frequencies (f (1) ) of the individual nozzles. Therefore, the resonant oscillations of the gas arising in one of them (at its resonant frequency) are not suppressed by the vibrations coming to the receiver from other nozzles, even if the initial pulses from the cylinders are compensated (go in antiphase).
Второе неблагоприятное акустическое явление связано с возбуждением первой, наиболее энергоемкой, несимметричной продольной резонансной формы колебаний газа в ресивере. Как правило, ее частота близка (или кратна) к одной из собственных частот колебаний газа в патрубке, что приводит к дополнительному резонансному усилению излучения звука из системы, особенно на частотах нечетных гармоник основной частоты процесса всасывания (f(1)). Это подразумевает передачу из ресивера усиленного резонансного излучения звука в магистраль системы впуска и воздухоочистки 10 по направлению к свободному открытому срезу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в окружающую среду. На пути этой цепи передачи, это звуковое излучение будет трансформироваться (видоизменяться по спектральному составу, частично усиливаться или ослабляться по амплитудам) по всему пути передачи - впускная труба, воздухоочиститель, воздухозаборный патрубок, моторный отсек и окружающая среда.The second unfavorable acoustic phenomenon is associated with the excitation of the first, most energy-intensive, asymmetric longitudinal resonant form of gas oscillations in the receiver. As a rule, its frequency is close (or a multiple) to one of the natural frequencies of gas oscillations in the nozzle, which leads to additional resonant amplification of sound radiation from the system, especially at frequencies of odd harmonics of the fundamental frequency of the suction process (f (1) ). This implies the transfer from the receiver of the amplified resonant radiation of sound into the mains of the intake and air purification systems 10 in the direction of a free open cut of the air intake pipe of the air purifier into the environment. In the path of this transmission chain, this sound radiation will transform (vary in spectral composition, partially amplify or attenuate in amplitude) throughout the transmission path - inlet pipe, air cleaner, air intake pipe, engine compartment and the environment.
Учитывая важную роль ресивера в формировании акустических нагрузок, действующих как непосредственно на впускные патрубки 4, так и на их взаимодействие между собой - с одной стороны, и на передачу акустической энергии по свободной цепи передачи (по магистрали системы впуска) в окружающую среду - с другой стороны, логична постановка задачи о внесении в ресивер эффективного звукозаграждающего элемента для ослабления свободной передачи из него акустической энергии. Тем более, что, как это было уже отмечено выше, предлагаемая по месту зона воздействия (полость ресивера) является зоной высокой концентрации звуковой энергии, генерируемой процессом наполнения цилиндров. При резонансных режимах газ в системе колеблется как газ в сильно связанных между собой объемах с нарушенным (недостаточным) разделением воздушных объемов (т. е. частично нарушается основная функция ресивера - разделение газодинамических процессов в отдельных цилиндрах с получением улучшенного их наполнения за счет независимого динамического наддува). В данном случае таким предлагаемым элементом улучшения основных функций ресивера является введение в его конструкцию поперечных перегородок 12 из газонепроницаемого металлического или полимерного материала, определенным образом расположенных в объеме ресивера 5, таким образом, что полость ресивера частично разобщается на резонаторные камеры, число которых равно числу цилиндров, параллельно подключенные к газоводу (штуцеру 9), относительно слабо взаимодействующие между собой посредством связи через отверстия 13 перфорации штуцера 9 и в силу газонепроницаемости перегородок 12 и в определенной степени заглушающие шум в заданном частотном диапазоне. Given the important role of the receiver in the formation of acoustic loads acting directly on the
В многоцилиндровом (в рассматриваемом примере - четырехцилиндровом) двигателе внутреннего сгорания, в процессе впуска свежего заряда при открывании клапана 3 в момент перекрытия фаз газораспределения (когда, в зависимости от порядка работы цилиндров двигателя, например по схеме 1-3-4-2), в одном из цилиндров впускной клапан еще не закрылся, а в это же время - в другом (последующем по рабочему циклу) цилиндре впускной клапан уже открылся, между этими цилиндрами и, соответственно, впускными патрубками 4 и камерами ресивера 5, возникают нежелательные газодинамические и звуковые взаимосвязи и взаимодействия. В этом случае, если эти камеры будут иметь одинаковые собственные частоты (одинаковые объемы, одинаковые площади проходного сечения отверстий 13 пояса перфорации и одинаковую "толщину" этих отверстий), то возникает резонансное взаимодействие этих смежных камер, особенно в том случае, когда они расположены рядом друг за другом с одинаковыми собственными частотами и похожее резонансное возбуждение и взаимодействие двух камер с такими же собственными частотами двух оставшихся цилиндров, не участвующих в процессе газообмена в данный конкретный момент времени. Т.о., возникает мощное резонансное взаимодействие четырех камер на одних и тех же частотах колебаний, с соответствующим усилением звука, передаваемым по тракту системы топливоподачи и воздухоочистки 10 в окружающую среду. In a multi-cylinder (in this example, a four-cylinder) internal combustion engine, during the fresh charge inlet when valve 3 is opened at the time of the valve timing overlap (when, depending on the operation of the engine cylinders, for example, according to the scheme 1-3-4-2), in one of the cylinders the inlet valve has not yet closed, and at the same time in the other (subsequent in the operating cycle) cylinder, the inlet valve has already opened, between these cylinders and, accordingly,
В предлагаемом техническом решении, с целью исключения описанных выше нежелательных явлений (резонансных взаимодействий, усиливающих передачу звука), все камеры ресивера 5 выполняются конструктивно таким образом, что собственные резонансные частоты колебаний воздушных объемов в этих камерах являются различными. Конструктивно это достигается тем, что все камеры выполняются неравного между собой объема. Кроме того, степень перфорации поясов в каждой из камер (общее проходное сечение отверстий перфорации, отнесенное к проходному сечению штуцера) и толщина отверстий 13 перфорации также могут быть отличными для каждой из отдельно взятой камеры. In the proposed technical solution, in order to eliminate the undesirable phenomena described above (resonant interactions that enhance sound transmission), all the cameras of the receiver 5 are performed constructively in such a way that the natural resonant frequencies of fluctuations in air volumes in these cameras are different. Structurally, this is achieved by the fact that all the cameras are executed with an unequal volume. In addition, the degree of perforation of the zones in each of the chambers (the total bore of the perforation holes related to the bore of the nozzle) and the thickness of the perforation holes 13 can also be different for each of the individual chambers.
Более того, предлагается объемы камер в полости ресивера 5 формировать определенным образом, в зависимости от последовательной очередности циклов (процессов) впуска воздушного заряда в соответствующий цилиндр. Т.е., в зависимости от конкретного порядка работы цилиндров двигателя. Например, в двигателях автомобилей ВАЗ порядок работы цилиндров 1-3-4-2. В соответствии с этим предлагается: объем камеры ресивера, подключенный, например, к первому цилиндру выполнить самым большим по величине, объем камеры ресивера, подключенный к третьему цилиндру (последующему такту впуска в третий цилиндр после первого цилиндра) выполнить, например, самым малым по величине, объем камеры ресивера, подключенный к четвертому цилиндру (последующему такту впуска в четвертый цилиндр после третьего цилиндра) выполнить менее объема первой камеры, но более объема третьей камеры, и, наконец, объем камеры ресивера, подключенный к второму цилиндру (последующему такту впуска во второй цилиндр после четвертого цилиндра и предыдущему такту перед первым цилиндром) выполнить менее объема четвертой камеры, но более объема третьей камеры. Таким образом достигается то, что соседние (следующие последовательно друг за другом) циклы процессов впуска воздушных зарядов в цилиндры происходят из камер, максимально отличающихся собственными резонансными частотами (например - объемами камер при одном и том же суммарном проходном сечении отверстий 13 в штуцере 9) с тем, чтобы максимально исключить нежелательные резонансные воздействия камер, вызванные резонансными возбуждениями и взаимодействиями во впускных патрубках 4 одинаковых длин и при одинаковых объемах камер и степени перфорации, усиливающих резонансный характер колебаний в полости ресивера, с неизбежной передачей этих резонансных колебаний через тракт системы топливоподачи и воздухоочистки 10 в окружающую среду, путем обеспечения максимальных отличий значений собственных резонансных частот колебаний камер с последующими друг за другом рабочими тактами впуска в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Еще более значения резонансных частот смежных камер ресивера можно "раздвинуть" путем выполнения различными по величине толщин отверстий 13 в каждом из поясов перфорации, например, см. фиг.2, путем выполнения стенки штуцера 9 конической, или варьируя степенью перфорации отдельных поясов отверстий 13 в соответствующих камерах ресивера. Moreover, it is proposed that the volumes of the chambers in the cavity of the receiver 5 be formed in a certain way, depending on the sequential sequence of cycles (processes) of the intake of air charge into the corresponding cylinder. That is, depending on the specific operating order of the engine cylinders. For example, in the engines of VAZ cars, the order of operation of the cylinders is 1-3-4-2. In accordance with this, it is proposed that the volume of the receiver’s chamber, connected, for example, to the first cylinder be the largest in magnitude, the volume of the receiver’s chamber, connected to the third cylinder (subsequent intake stroke into the third cylinder after the first cylinder), should be, for example, the smallest in size , the volume of the receiver’s camera connected to the fourth cylinder (the subsequent intake stroke into the fourth cylinder after the third cylinder) is less than the volume of the first camera, but more than the volume of the third camera, and finally, the volume of the receiver’s camera, p Connected to the second cylinder (subsequent intake stroke into the second cylinder after the fourth cylinder and previous stroke in front of the first cylinder), execute less than the volume of the fourth chamber, but more than the volume of the third chamber. Thus, it is achieved that adjacent (sequentially successive) cycles of processes of the intake of air charges into the cylinders occur from chambers that differ in their own resonant frequencies (for example, the chamber volumes at the same total pass-through section of the
Поперечные перегородки 12 выполняют дополнительную функцию вибродемпферов структурных вибраций и корпусного звука внешней стенки ресивера, особенно если их соединение осуществляется через демпфирующий элемент 14, см. фиг. 3, и обеспечивают вибродемпфирование и вибропрочность внутреннему перфорированному штуцеру 9, т.к. вибрации, передаваемые от стенки 6 и торцевых стенок 8 и 11 на перегородки 12 и далее на штуцер 9, в значительной степени гасятся демпфирующим элементом 14. The
Суммарная площадь проходных сечений отверстий 13 перфорации стенки штуцера 9 в каждой из камер должна составлять примерно 1,2 площади поперечного проходного сечения штуцера 9 в месте выполнения этого пояса перфорации, что исключает дополнительные гидропотери при всасывании воздуха в данный цилиндр двигателя. Кроме того, каждый из поясов отверстий 13 перфорации, расположенный в середине соответствующей камеры, реализует по паре дополнительных 1/4-волновых резонаторов, что благоприятно сказывается на шумозаглушающей функции ресивера. The total area of the bore holes 13 of the perforation of the wall of the fitting 9 in each of the chambers should be approximately 1.2 square cross sections of the bore of the
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118958/06A RU2187668C2 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Multicylinder internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118958/06A RU2187668C2 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Multicylinder internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2187668C2 true RU2187668C2 (en) | 2002-08-20 |
RU2000118958A RU2000118958A (en) | 2002-10-10 |
Family
ID=20237961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000118958/06A RU2187668C2 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Multicylinder internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187668C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679062C2 (en) * | 2013-10-17 | 2019-02-05 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Intake system silencer (options) |
-
2000
- 2000-07-17 RU RU2000118958/06A patent/RU2187668C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679062C2 (en) * | 2013-10-17 | 2019-02-05 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Intake system silencer (options) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106050491A (en) | Broadband multi-cavity resonance-type air intake muffler and working method thereof | |
RU2187668C2 (en) | Multicylinder internal combustion engine | |
RU2196899C2 (en) | Four-cylinder four-stroke internal combustion engine | |
RU2187667C2 (en) | Internal combustion multicylinder engine | |
RU2225518C2 (en) | Multicylinder internal combustion engine (versions) | |
RU2218466C2 (en) | Multicylinder internal combustion engine | |
RU2078220C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2090765C1 (en) | Multi-cylinder internal combustion engine | |
RU2177555C2 (en) | Multicylinder internal combustion engine | |
RU20774U1 (en) | MULTI-CYLINDER INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2075612C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2134356C1 (en) | Multicylinder internal combustion engine | |
RU20775U1 (en) | MULTI-CYLINDER INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2209336C2 (en) | Internal combustion engine | |
RU28735U1 (en) | Multi-cylinder internal combustion engine | |
RU2131519C1 (en) | Power unit exhaust system | |
RU2172861C2 (en) | Internal combustion engine | |
RU2166117C2 (en) | Internal combustion engine | |
KR100347305B1 (en) | Expention Chamber Silencer with extended inlet and outlet for Deasel generator | |
RU2064071C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2268374C2 (en) | Exhaust silencer for internal combustion engine | |
RU2151902C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2767126C1 (en) | Reciprocating internal combustion engine intake system | |
KR100288234B1 (en) | Muffler for internal combustion engine | |
KR100311132B1 (en) | Resonator for internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060718 |