RU2241838C1

RU2241838C1 - Internal combustion engine intake device with variable length of channels

Info

Publication number: RU2241838C1
Application number: RU2003109662/06A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Золотухин (RU); В.Е. Золотухин
Original assignee: Оао "Автоваз"
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention relates to intake systems of internal combustion engines with injection of fuel into cylinders. Proposed intake device of internal combustion engine has receiver space and intake channels connecting receiver space with internal combustion engine. Each channel consists of first section adjoining engine and second section adjoining receiver space. Sections are butt-joined through valve unit. Valve unit consists of fixed inner bushing and outer bushing rotating with limitation around inner bushing under action of operating mechanism. Common axis of bushings is orientated in direction of air flow in channel. Each bushing is provided with radial with radial holes. Of inner bushing are completely overlapped by solid wall of outer bushing, and in other extreme position, holes of inner and outer bushings coincide. Summary area of fully aligned holes is not less than area of cross section of channel connecting receiver with engine.

EFFECT: increased torque and power of internal combustion engine, reduced hydraulic resistance and level of acoustic radiation of engine at maximum power output.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к системам впуска двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) с впрыском топлива в цилиндры.The invention relates to the field of engineering, mainly to the automotive industry, in particular to the intake systems of internal combustion engines (hereinafter ICE) with fuel injection into the cylinders.

Применение системы электронного впрыска топлива предоставляет возможность введения в конструкцию ДВС устройств, позволяющих в наиболее полной мере использовать волновые, резонансные и инерционные явления воздушного потока во впускной системе 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 makes it possible to introduce devices into the engine design that allow the fullest possible use of the wave, resonance and inertial phenomena of the air flow in the intake system in order to improve cylinder filling, increase engine power and economic performance. 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 №61-244824, F 02 В 27/00, опубл. 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 No. 61-244824, F 02 In 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 №63-219866, F 02 М 35/10, опубл. 13.09.88, предлагает для снижения шума и резонансных пульсаций 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 №61-190159, F 02 М 35/12, опубл. 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 No. 63-219866, F 02 M 35/10, publ. 09/13/88, offers to reduce noise and resonant pulsations during suction, use two separate air pipes connecting the air cleaner and receiver with two controlled throttles that ensure that the auxiliary channel is closed at low speeds and the open state of both connecting pipes at high speeds. The same company in the application No. 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 dead-end wave resonator and a resonant chamber.

Английской фирмой "Ровер" в заявке Великобритании №22339899, F 02 В 27/02, опубл. 17.07.91, предлагается впускной трубопровод, содержащий кожух, ограничивающий камеру, которая имеет впускное и выпускное отверстия. Спиральные элементы, установленные внутри камеры, синхронно вращаются с помощью вакуумного приводного приспособления, образуя длинные и короткие впускные трубопроводы в зависимости от режимов работы ДВС.The English company "Rover" in the application of the UK No. 22339899, F 02 In 27/02, publ. 07.17.91, an inlet pipe is proposed comprising a casing defining a chamber that has an inlet and an outlet. The spiral elements installed inside the chamber rotate synchronously with the help of a vacuum drive device, forming long and short inlet pipelines depending on the operating modes of the internal combustion engine.

В заявке Германии №3807193, F 02 В 27/02, F 02 D 9/02, опубл. 06.01.89, предлагается впускное устройство, содержащее воздушную камеру по меньшей мере с одним впускным отверстием и выпускным отверстием в цилиндр - впускной трубопровод. Камера поворотно установлена с внутренней стороны дугообразного впускного трубопровода - наружной стенки, так что воздушная камера-стенка зонами одновременно образует впускной трубопровод - внутреннюю стенку. Эффективную длину впускного трубопровода можно изменять поворотом воздушной камеры. При этом воздушная камера установлена относительно впускного трубопровода - внешней стенки с возможностью одновременного изменения эффективного поперечного сечения впускного трубопровода.In the application of Germany No. 3807193, F 02 B 27/02, F 02 D 9/02, publ. 01/06/89, an inlet device is proposed comprising an air chamber with at least one inlet and an outlet in the cylinder — an inlet pipe. The chamber is pivotally mounted on the inside of the arcuate inlet pipe — the outer wall, so that the air chamber — wall in zones simultaneously forms the inlet pipe — the inner wall. The effective length of the inlet pipe can be changed by turning the air chamber. In this case, the air chamber is installed relative to the inlet pipe - the outer wall with the possibility of simultaneously changing the effective cross section of the inlet pipe.

Фирма "Мазда" в заявке Японии №60-147531, F 02 В 27/02, опубл. 03.08.85, предлагает техническое решение регулирования длины впускных каналов. Согласно описанию имеется впускная система ДВС, где вокруг наружной стенки ресивера образован канал, соединяющий впускной канал с ресивером, а на соединении этого канала с ресивером предусмотрен элемент, соединяющий ресивер с впускным каналом и позволяющий таким образом регулировать суммарную длину канала для повышения крутящего момента ДВС. При этом регулирующий элемент выполнен в виде вращающейся заслонки, ось которой расположена поперек канала. К недостаткам этого решения можно отнести высокое гидравлическое сопротивление при сообщении короткого канала с ресивером из-за достаточно резкого изменения направления движения воздуха, а также большие нагрузки на клапан при переключении с длинного канала на короткий из-за инерции потока воздуха.The company "Mazda" in the application of Japan No. 60-147531, F 02 In 27/02, publ. 08/03/85, offers a technical solution for regulating the length of the intake channels. According to the description, there is an ICE intake system, where a channel is formed around the outer wall of the receiver that connects the inlet channel to the receiver, and an element connecting the receiver to the inlet channel is provided at the connection of this channel to the receiver, which allows you to adjust the total channel length to increase the internal combustion engine torque. In this case, the control element is made in the form of a rotating flap, the axis of which is located across the channel. The disadvantages of this solution include the high hydraulic resistance when communicating a short channel with the receiver due to a fairly sharp change in the direction of air movement, as well as high valve loads when switching from a long channel to a short one due to inertia of the air flow.

Аналогичное техническое решение защищено фирмой "Ровер" патентом США №4932369, F 02 В 27/02, опубл. 28.02.90, где роль клапана выполняет золотниковое устройство, расположенное между участками первой и второй длинны, ось вращения которого расположена поперечно впускному каналу. При этом в зависимости от угла поворота клапана включается длинный или короткий каналы. Недостатками конструкции можно назвать большой угол поворота золотника для переключения длины каналов, что приводит к сложности исполнительного механизма и высокой инерционности срабатывания.A similar technical solution is protected by the company "Rover" US patent No. 4932369, F 02 In 27/02, publ. 02.28.90, where the role of the valve is performed by a spool device located between sections of the first and second length, the axis of rotation of which is transverse to the inlet channel. In this case, depending on the angle of rotation of the valve, a long or short channel is activated. The design flaws can be called a large angle of rotation of the spool to switch the length of the channels, which leads to the complexity of the actuator and high inertia of response.

Данное техническое решение принято за прототип.This technical solution is taken as a prototype.

Изобретение направлено на решение задачи повышения крутящего момента и мощности ДВС.The invention is aimed at solving the problem of increasing the torque and power of the internal combustion engine.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в снижении гидравлического сопротивления и уровня акустических излучений системы впуска ДВС в режиме максимальной мощности.When carrying out the invention, a technical result can be obtained consisting in lowering the hydraulic resistance and the level of acoustic radiation of the engine intake system in the maximum power mode.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Во впускном устройстве ДВС, содержащем полость ресивера и впускные каналы, соединяющие его с ДВС, каждый из которых состоит из первого участка, примыкающего к ДВС, и второго, примыкающего к полости ресивера, при этом участки состыкованы друг с другом посредством клапанного узла. Согласно изобретению, клапанный узел состоит из неподвижной внутренней втулки и ограниченно вращающейся вокруг нее посредством исполнительного механизма наружной втулки, общая ось втулок ориентирована в направлении движения потока воздуха в канале, в каждой из втулок выполнены радиальные отверстия, при этом в одном из крайних положений клапанного узла отверстия внутренней втулки полностью перекрываются сплошной стенкой наружной втулки, а в другом крайнем положении отверстие внутренней и наружной втулок совпадают. Суммарная площадь полностью совмещенных отверстий составляет не менее площади поперечного сечения канала, соединяющего ресивер с двигателем.In the ICE inlet device containing the receiver cavity and inlet channels connecting it to the ICE, each of which consists of a first section adjacent to the ICE and a second section adjacent to the receiver cavity, while the sections are connected to each other by means of a valve assembly. According to the invention, the valve assembly consists of a fixed inner sleeve and rotationally rotating around it by means of an actuator of the outer sleeve, the common axis of the bushings is oriented in the direction of air flow in the channel, radial holes are made in each of the bushings, while in one of the extreme positions of the valve assembly the holes of the inner sleeve are completely overlapped by the solid wall of the outer sleeve, and in the other extreme position the hole of the inner and outer bushings coincide. The total area of fully aligned holes is not less than the cross-sectional area of the channel connecting the receiver to the engine.

На чертеже представлен общий вид системы впуска.The drawing shows a General view of the intake system.

Получение заданного технического результата при осуществлении изобретения достигается тем, что впускная система ДВС содержит полость ресивера 3 и впускные каналы, соединяющие ее с ДВС, каждый из которых состоит из первого участка 1, примыкающего к ДВС, и второго участка 2, примыкающего к полости ресивера. Участки 1 и 2 состыкованы друг с другом посредством клапанного узла 4, который соединяет или разъединяет полость ресивера с впускными каналами, включая таким образом длинный или короткий канал для повышения крутящего момента ДВС в зависимости от режимов его работы.Obtaining the desired technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the intake system of the internal combustion engine contains the cavity of the receiver 3 and the inlet channels connecting it to the internal combustion engine, each of which consists of the first section 1 adjacent to the internal combustion engine and the second section 2 adjacent to the cavity of the receiver. Sections 1 and 2 are connected to each other by means of a valve assembly 4, which connects or disconnects the cavity of the receiver with the inlet channels, thus including a long or short channel to increase the internal combustion engine torque depending on its operating modes.

Клапанный узел 4 состоит из неподвижной внутренней втулки 5 и вращающейся вокруг нее посредством исполнительного механизма 7 наружной втулки 6. Общая ось втулок приблизительно ориентирована в направлении движения потока воздуха в канале. В каждой втулке имеются радиальные отверстия, которые при первом угловом положении наружной втулки соединяются, сообщая при этом полость ресивера с коротким каналом 1, а при втором угловом положении замыкаются поверхностями втулок, не имеющими отверстий, и таким образом соединяя каналы 1 и 2 в один канал увеличения длины. Короткий канал при этом соответствует высокой скорости вращения коленчатого вала ДВС и позволяет повысить максимальную мощность из-за низких гидравлических сопротивлений, а длинный включается на низкой скорости и позволяет, благодаря инерционному эффекту, поднять крутящий момент. Суммарная площадь совмещенных радиальных отверстий в первом угловом положении превышает площадь поперечного сечения канала 1.The valve assembly 4 consists of a fixed inner sleeve 5 and an outer sleeve 6 rotating around it by means of an actuator 7. The common axis of the bushings is approximately oriented in the direction of air flow in the channel. Each sleeve has radial holes that are connected at the first angular position of the outer sleeve, communicating the cavity of the receiver with a short channel 1, and at the second angular position they are closed with the surfaces of the bushings that do not have holes, and thus connecting channels 1 and 2 into one channel increase in length. In this case, the short channel corresponds to the high speed of rotation of the ICE crankshaft and allows to increase the maximum power due to low hydraulic resistances, and the long one turns on at low speed and allows, due to the inertial effect, to increase the torque. The total area of the aligned radial holes in the first angular position exceeds the cross-sectional area of the channel 1.

Устройство, полученное с использованием предлагаемого изобретения, имеет ряд существенных преимуществ перед аналогичными техническими решениями.The device obtained using the present invention has several significant advantages over similar technical solutions.

Первым преимуществом предлагаемого решения является сниженное гидравлическое сопротивление в режиме максимальной мощности, когда работает короткий канал, за счет большой площади равномерно расположенных отверстий наружной и внутренней втулок. Мощность ДВС при этом возрастает.The first advantage of the proposed solution is reduced hydraulic resistance in maximum power mode when a short channel is operating, due to the large area of the uniformly located openings of the outer and inner bushings. The power of the engine increases.

Другим преимуществом является относительно небольшое угловое перемещение клапана от первого до второго углового положения, что снижает инерционность переключения и способствует плавному протеканию характеристики крутящего момента в момент переключения.Another advantage is the relatively small angular movement of the valve from the first to the second angular position, which reduces the inertia of the switch and contributes to the smooth flow of torque characteristics at the time of switching.

Следующим преимуществом является наличие группы отверстий между каналом и ресивером, которые, являясь дросселем, сглаживают пульсации и способствуют снижению уровня акустических излучений в режиме максимальной мощности.The next advantage is the presence of a group of holes between the channel and the receiver, which, as a choke, smooth out ripples and help reduce the level of acoustic radiation at maximum power.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной формуле изобретения. Т.е. совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of the claimed technical solution with the prior art in scientific, technical and patent documentation as of the priority date in the main and related sections did not reveal a tool that has features that are identical to all the features contained in the proposed claims. Those. the set of essential features of the proposed solution was not previously known, therefore, it meets the condition of patentability "novelty".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.An analysis of the known technical solutions in the art showed that the proposed device does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since no solutions having features matching the distinguishing features of the invention have been identified and the influence of the distinctive features on the technical indicated in the application materials has not been confirmed. result. Those. the claimed solution has features that are absent in the known technical solutions, and their use in the claimed combination of essential features makes it possible to obtain a new technical effect, therefore, the proposed technical solution can only be obtained through a creative approach and is not obvious to the average specialist in this field, t. e. has an inventive step in comparison with the existing level of technology.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в машиностроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".The proposed technical solution is industrially applicable, since it can be used industrially in mechanical engineering and other areas of the national economy, workable, feasible and reproducible. Therefore, the invention meets the patentability condition "industrial applicability".

Использование данного изобретения позволит повысить потребительские качества, в частности, автомобиля, за счет улучшения динамических характеристик двигателя ДВС, а также улучшения общего акустического комфорта.The use of this invention will improve consumer qualities, in particular, of a car, by improving the dynamic characteristics of the internal combustion engine, as well as improving overall acoustic comfort.

Claims

1. The inlet device of the internal combustion engine, containing the cavity of the receiver and the inlet channels connecting it to the internal combustion engine, each of which consists of a first section adjacent to the internal combustion engine and a second adjacent to the cavity of the receiver, while the sections are connected to each other by means of a valve assembly, characterized the fact that the valve assembly consists of a fixed inner sleeve and limited to rotate around it through the actuator of the outer sleeve, the common axis of the bushings is oriented in the direction of air flow in the channel in each of the watts Lock provided with radial holes, wherein one of the extreme positions of the valve assembly of the inner sleeve openings overlap completely continuous wall of the outer sleeve, and in the other extreme position opening the inner and outer sleeves are the same.

2. The intake device of the engine according to claim 1, characterized in that the total area of the fully aligned holes is not less than the cross-sectional area of the channel connecting the receiver to the engine.