RU2319856C2 - Двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

ДВС с системой впуска содержит впускную трассу, подводящую топливную смесь в цилиндры ДВС, состоящую из впускных труб с устройством подвода топлива в цилиндры ДВС, ресивера, который подсоединен магистральной трубой к выполненному в виде камеры воздухоочистителю, к которому подключен воздухозаборный патрубок, ограниченный воздухозаборным срезом, во входной части которого, соосно, размещено устройство шумоглушения в виде многофункционального четвертьволнового резонатора цилиндрической формы, с образованием сквозного кольцевого (щелевого) зазора, причем длина резонатора составляет половину длины воздухозаборного патрубка, горло резонатора размещено в середине воздухозаборного патрубка, а дно резонатора размещено вблизи плоскости заборного среза патрубка. В боковой части стенки корпуса четвертьволнового резонатора выполнено несколько сквозных демпфирующих отверстий, равномерно расположенных в середине динамической длины четвертьволнового резонатора, причем суммарная площадь сквозных демпфирующих отверстий ΣFотв определяется по выражению ΣFотв=0,05...0,06Fрез, где Fрез - площадь поперечного проходного сечения резонатора, а динамическая длина Lp=Ip+Δ3, где Ip - геометрическая длина внутренней полости корпуса резонатора, а Δ₃ - динамическое удлинение резонатора (Δ₃≈0,3 диаметра проходного сечения на срезе трубы). Изобретение позволяет повысить эффективность шумоглушения. 13 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС), оборудованным средствами снижения шума в системе впуска.

Известны конструкции ДВС, применяющие системы впуска с интегрированными в конструкцию элементами снижения шума впуска.

В частности, Французской фирмой «Пежо» в патенте Франции №2536792, опубл. 22.06.84 г. заявляется использование сужающее проходное сечение впускной трубы дроссельной шайбы или диффузорной вставки для снижения шума впуска ДВС. 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.

Австрийская фирма «АВЛ» в патентной заявке ФРГ №3820607, F01В 25/00, 29.12.88 г. для расширения частотного диапазона эффективного шумоглушения используемого дополнительного резонатора предлагает выполнять его конструкцию изменяемого объема в зависимости от частоты вращения коленвала ДВС.

В Европейской патентной заявке №0278117, F02В 27100, 17.08.88 г. предлагается использовать взаимосогласованные дополнительные резонансные трубы и дополнительный ресивер для улучшения наполнения цилиндров, за счет подавления резонансных пульсаций газа путем их сложения в противофазе.

Японская фирма «Хонда мотор» в патентной заявке №61-190159, F02М 35/12, 14.01.87 г. в целях обеспечения шумоглушения в широком диапазоне частот предлагает соединять с впускной трубой два устройства шумоглушения - четвертьволновой резонатор тупикового типа и отдельную резонансную камеру.

Известна, в частности, конструкция, описанная в международной патентной заявке РСТ(Е) №91/00958, кл. F02М 35/12, 24.01.91 г., содержащая воздухоочиститель, выполненный в виде камеры, к которому подсоединены впускная труба с устройством подвода топлива в цилиндры двигателя и воздухоподводящий патрубок, ограниченный заборным срезом, включающий входную часть, в которой соосно размещено устройство шумоглушения, которое выполнено в виде вставки, имеющей конфузорно-диффузорную форму, с обтекаемой заборной частью и боковыми щелями для захода воздуха внутрь вставки. Конфузорно-диффузорная секция выполняет функцию заглушения шума впуска ДВС.

Конструкция ф. "Mazda Motor Corporation", описанная в Европейской патентной заявке №0379926, кл. F02М 35/12, от 15.01.90 г., содержащая воздухоочиститель, выполненный в виде камеры, к которому с разных сторон присоединены, - воздухоподводящий патрубок, ограниченный заборным срезом, низкочастотный четвертьволновый резонатор, впускной трубопровод с подключенным к нему резонатором Гельмгольца, соединяющий воздухоочиститель с ресивером, к торцевой части которого подключен другой резонатор Гельмгольца, ресивер в свою очередь сообщается с впускными трубами для подвода топливовоздушной смеси в цилиндры ДВС.

В практике конструкций двигателей легковых автомобилей нашли широкое применение конструкции, содержащие 2 (пару) четвертьволновых резонаторов, отличающихся в два раза длинами тупиковых патрубков, которые подключены к полости шумоизлучающего воздухозаборного патрубка воздухоочистителя (как, например, на автомобилях Субару, Фиат, Форд и др.). Известны также и соответствующие патенты со сдвоенными ¹/₄ волновыми резонаторами, подключенными к воздухозаборному патрубку двигателя (см. в частности Европейский патент №0091038 А1, кл. F02М 35/12, фигура 6, поз. 32 и 34).

Однако применение нескольких автономных четвертьволновых резонаторов, настроенных на подавление излучения конкретных резонансных частот на собственных модах трубы, является нежелательным, с точки зрения ухудшения стоимостных и габаритных показателей (в стесненном пространстве моторного отсека). Также, в ряде случаев возможно нежелательное взаимодействие волновых процессов отдельных резонаторов между собой, влекущее появление дополнительных резонансных усилений шума, что в целом снижает шумопонижающий эффект и усиливает излучение шума впуска в окружающую среду и в салон (кабину) транспортного средства.

В качестве прототипа выбран описанный в патентной заявке Российской Федерации №2098652 кл. F02М 35/12, 18.07.95 г. ДВС с системой впуска, содержащей впускную трассу, подводящую топливную смесь в цилиндры двигателя, состоящую из впускных труб с устройством подвода топлива в цилиндры двигателя, ресивера, который подсоединен магистральной трубой к воздухоочистителю, выполненному в виде камеры, к которому подключен воздухоподводящий патрубок, ограниченный воздухозаборным срезом, во входной части которого, соосно размещено устройство шумоглушения в виде многофункционального четвертьволнового резонатора цилиндрической формы, с образованием сквозного кольцевого (щелевого) зазора, причем длина резонатора составляет половину длины воздухоподводящего патрубка, горло резонатора размещено в середине воздухоподводящего патрубка, а дно резонатора снабжено обтекателем, выступающим за пределы плоскости заборного среза патрубка.

Сущность изобретения согласно прототипу заключается в том, что в известном ДВС с системой впуска, содержащей воздухоочиститель с присоединенным воздухозаборным патрубком, во входной части которого, посредством установочных ребер, соосно размещено шумопонижающее устройство в виде четвертьволнового резонатора, в форме цилиндрического патрубка, образующего с внутренней поверхностью корпуса кольцевой (щелевой) сквозной зазор вдоль всей длины резонаторного патрубка, открытый срез (горло) резонаторного патрубка размещен в середине воздухозаборного патрубка, а его глухое дно, вблизи плоскости воздухозаборного среза патрубка, причем длина резонаторного патрубка составляет половину длины воздухозаборного патрубка, Обеспечение эффекта шумоглушения в системе впуска ДВС достигается устранением нежелательных усилений излучаемого шума впуска на частотах, кратных четным числам частоты настройки четвертьволнового резонатора (0,25λ), т.е. обеспечением эффективного заглушения на частотах звука с длинами волн 0,5 λ, 1 λ, 2 λ, 3 λ, 4 λ, и т.д.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности устройства шумоглушения ДВС при незначительном повышении затрат на изменение конструкции.

Согласно заявляемой конструкции ДВС, содержащей впускную трассу, подводящую топливную смесь в цилиндры ДВС, состоящую из впускных труб с устройством подвода топлива в цилиндры ДВС, ресивера, который подсоединен магистральной трубой к выполненному в виде камеры воздухоочистителю, к которому подключен воздухозаборный патрубок, ограниченный воздухозаборным срезом, во входной части которого, соосно, размещено устройство шумоглушения в виде многофункционального четвертьволнового резонатора цилиндрической формы, с образованием сквозного кольцевого зазора, причем длина резонатора составляет половину длины воздухозаборного патрубка, горло резонатора размещено в середине воздухозаборного патрубка, а дно резонатора размещено вблизи плоскости заборного среза патрубка, в боковой части стенки корпуса четвертьволнового резонатора выполнено несколько сквозных демпфирующих отверстий, равномерно расположенных в середине динамической длины четвертьволнового резонатора, причем суммарная площадь сквозных демпфирующих отверстий ΣFотв определяется по выражению ΣFотв=0,05...0,06Fрез, где Fрез - площадь поперечного проходного сечения резонатора, а динамическая длина Lp=Ip+Δ3, где Ip - геометрическая длина внутренней полости корпуса резонатора, а Δ₃ - динамическое удлинение резонатора (Δ₃≈0,3 диаметра проходного сечения на срезе трубы).

На фиг.1 схематично показана конструкция ДВС в сборе с системой впуска.

На фиг.2 и 3 показана конструктивная схема фрагмента ДВС, включающего воздухоочиститель системы впуска ДВС.

На фиг.4 схематично показано продольное сечение воздухозаборного патрубка в сборе с четвертьволновым резонатором.

На фиг.5, 6, 7, 8, и 9 схематично показаны эпюры распределения звукового давления в воздухозаборном патрубке и резонаторном патрубке (четвертьволновом резонаторе):

на фиг.5 представлена эпюра распределения звукового давления в воздухозаборном патрубке на низшей (первой) собственной форме колебаний воздуха в полости патрубка, когда по длине воздухозаборного патрубка укладывается ¹/₂ длины звуковой волны;

на фиг.6 представлена эпюра распределения звукового давления в воздухозаборном патрубке на второй низшей собственной форме колебаний воздуха в полости воздухозаборного патрубка, когда по длине патрубка укладывается длина звуковой волны;

на фиг.7 представлена эпюра распределения звукового давления в воздухозаборном патрубке в третьей собственной форме колебаний воздуха в полости резонаторного патрубка;

на фиг.8 представлена эпюра распределения звукового давления на низшей (первой) собственной форме колебаний воздуха в полости резонаторного патрубка (четвертьволнового резонатора), когда по длине резонаторного патрубка укладывается ¹/₂ длины звуковой волны (левая половина эпюры);

на фиг.9 представлена эпюра распределения звукового давления на низшей (второй) собственной форме колебаний воздуха в полости резонаторного патрубка (четвертьволнового резонатора), когда по длине резонаторного патрубка укладывается длина звуковой волны (левая половина эпюры)

На фиг.10 графически показаны общие уровни шума впуска, регистрируемые измерительным микрофоном у свободного среза воздухозаборного патрубка воздухоочистителя системы впуска четырехцилиндрового четырехтактного ДВС, в диапазоне оборотов 1500...5000 в минуту, в варианте конструкции четвертьволнового резонатора без сквозных отверстий (прототипе) и в варианте конструкции четвертьволнового резонатора с выполненными сквозными отверстиями в боковой стенке (по заявляемой конструкции).

На фиг.11 графически показаны уровни шума впуска на основной частоте следования впускных импульсов при реализации рабочего процесса «2n/60» четырехцилиндрового четырехтактного ДВС, в диапазоне оборотов 1500...5000 в минуту, в варианте конструкции четвертьволнового резонатора без сквозных отверстий (прототипе) и в варианте конструкции четвертьволнового резонатора с выполненными сквозными отверстиями в боковой стенке (по заявляемой конструкции).

На фиг.12 графически показаны 1/3 октавные спектры шума впуска на оборотах максимального крутящего момента ДВС, в варианте конструкции четвертьволнового резонатора без сквозных отверстий (прототипе) и в варианте конструкции четвертьволнового резонатора с выполненными сквозными отверстиями в боковой стенке (по заявляемой конструкции).

На фиг.13 графически показаны уровни шума впуска четырехцилиндрового четырехтактного ДВС в 1/3 октаве 630 Гц, в диапазоне оборотов 1500...5000 в минуту, в варианте конструкции четвертьволнового резонатора без сквозных отверстий (прототипе) и в варианте конструкции четвертьволнового резонатора с выполненными сквозными отверстиями в боковой стенке (по заявляемой конструкции).

Конструкция ДВС в сборе с системой впуска поясняется схемами на фиг.1, 2, 3 и 4.

На фиг.1 представлена конструкция ДВС 1 с системой впуска, включающей в себя топливовоздухоподводящую трассу, состоящую из впускных труб 2 с устройством 3 распределения топливовоздушной смеси в цилиндры ДВС (на схеме не показаны), ресивера 4 и магистральной соединительной трубы 5, воздухоочистителя 6, к которому подведена магистральная труба 5 и воздухозаборный патрубок 7.

На фиг.2 и 3 более подробно схематично представлена конструкция воздухоочистителя 6, который состоит из полого корпуса 8, в полости 9 которого установлен фильтрующий элемент 10. В корпусе 8 выполнены выпускное отверстие 11 и впускное отверстие 12, к выпускному отверстию 11 подключена магистральная соединительная труба 5 (на схеме не показана), а к впускному отверстию 12 корпуса 8 воздухоочистителя 6 присоединен воздухозаборный патрубок 7. Один открытый срез 13 воздухозаборного патрубка 7 размещен внутри полости 9 корпуса 8, а другой открытый воздухозаборный срез 14 сообщен с атмосферой. Во входной части воздухозаборного патрубка 7 смонтировано устройство шумоглушения ДВС в виде акустического четвертьволнового резонатора 15 в форме цилиндрического патрубка, установленного в полости 16 воздухозаборного патрубка 7 и закрепленного к его стенкам 17 при помощи распорных плоских ребер 18, с образованием вдоль наружных поверхностей резонаторного патрубка 15, между боковыми стенками 19 резонаторного патрубка 15 и стенками 17 воздухозаборного патрубка 7, сквозных кольцевых (щелевых) воздушных зазоров 20, причем длина (Ip) четвертьволнового резонатора 15 составляет 1/2Iт (Iт - длина воздухозаборного патрубка), открытый срез (горло) 21 четвертьволнового резонатора 15, связывающий полость 22 четвертьволнового резонатора 15 с полостью 16 воздухозаборного патрубка 7, размещен в половине длины воздухозаборного патрубка 7 с учетом его динамического удлинения (2Δт=Δ₁+Δ₂), а его глухое дно 23 расположено вблизи плоскости открытого воздухозаборного среза 14 воздухозаборного патрубка 7. В боковой части стенки корпуса четвертьволнового резонатора 15 выполнены несколько демпфирующих сквозных отверстий 24, равномерно расположенных относительно середины его длины (с учетом его динамического удлинения Δ₃), причем суммарная площадь демпфирующих отверстий 24 в четвертьволновом резонаторе 15 определяется по выражению:

ΣFотв=0,05...0,06 Fрез,

где Fотв - суммарная площадь отверстий в стенке корпуса четвертьволнового резонатора;

Fрез - площадь поперечного проходного сечения четвертьволнового резонатора.

Обозначения:

Lp - динамическая длина внутренней полости корпуса четвертьволнового резонатора,

Ip - геометрическая длина внутренней полости корпуса четвертьволнового резонатора,

Δ₃ - динамическое удлинение колеблющейся массы воздуха, присоединенное к открытой торцевой части четвертьволнового резонатора, равное 0,3 условного диаметра проходного сечения.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение обладает новизной по сравнению с известным уровнем техники. Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

ДВС 1 работает следующим образом. Возвратно-поступательное перемещение поршней ДВС (на фиг.1 не показаны) создает пульсирующее разрежение (давление) во впускной магистрали, организуя переменное во времени поступление воздуха из атмосферы через воздухозаборный срез 14 воздухозаборного патрубка 7, проходит по кольцевому (щелевому) каналу 20 образуемому стенками 17 воздухозаборного патрубка 7 и стенками 19 четвертьволнового резонатора 15, попадает в полость 16 воздухозаборного патрубка 7, и далее, через открытый срез 13 воздухозаборного патрубка 7 поступает внутрь полости 9 корпуса 8 воздухоочистителя 6, проходит очистку сквозь фильтрующий элемент 10 и через выпускное отверстие 11 попадает в магистральную соединительную трубу 5, сглаживая пульсации расхода воздуха при расширении в полости ресивера 4 и далее по впускным трубам 2 с устройством 3 распределения топливовоздушной смеси при открывании впускных клапанов попадает в цилиндры ДВС 1.

Обратный путь по направлению засасываемого воздушного потока проделывает звук (звуковые волны), возникающий в магистрали системы впуска в результате возвратно-поступательного перемещения поршней ДВС и образования пульсирующих колебаний расхода и давления воздуха и генерирования упругих звуковых волн на частоте следования процессов впуска. За счет этих колебаний, генерируемый звук от цилиндров ДВС 1 по впускным трубам 2 с устройством 3 распределения топливовоздушной смеси в ресивер 4, далее по магистральной соединительной трубе 5 попадает через выпускное отверстие 11 в полость 9 корпуса 8 воздухоочистителя 6, затем через открытый срез 13 в полость 16 воздухозаборного патрубка 7, проходит по кольцевому (щелевому) каналу 20 между стенками 17 воздухозаборного патрубка 7 и стенками 19 четвертьволнового резонатора 15 и через открытый воздухозаборный срез 14 воздухозаборного патрубка 7 попадает в окружающую среду. Массовый расход поступившего воздуха в полость 9 воздухоочистителя непрерывно периодически изменяется во времени, в виде пульсирующей составляющей на частоте процессов впускных импульсов на заданных оборотах ДВС. Именно эти колебания и упругие волны «разрежения-сжатия» воздуха, заполняющего впускную магистраль, вызывают излучение звука открытым воздухозаборным срезом 14 в окружающую среду. Применение четвертьволнового акустического резонатора 15, настроенного на подавление наиболее энергоемкой низшей собственной резонансной формы колебаний воздушного объема, заключенного в полости воздухозаборного патрубка 7 (половины длины звуковой волны, укладывающейся по длине воздухозаборного патрубка 7, см. фиг.3 и 4), позволяет, при максимальном значении давления воздуха в воздухозаборном патрубке 7 в зоне размещения свободного среза 21 четвертьволнового резонатора 15 и одновременном минимальном значении давления воздуха в полости 22 четвертьволнового резонатора 15, на его свободном открытом срезе 21 обеспечить максимальное продавливание воздуха из полости 16 патрубка 7 в полость 22 четвертьволнового резонатора 15, и таким образом существенно «успокоить» динамические пульсации воздуха в полости 22 патрубка 7 на этой частоте и тем самым свести к минимуму излучение звука на этой частоте открытым воздухозаборным срезом 14. Однако в это же время применение четвертьволнового резонатора 15 приводит и к образованию (генерированию) резонансного звука на частотах, соизмеримых с длиной четвертьволнового резонатора 15, (низшими собственными продольными модами воздушного объема полости четвертьволнового резонатора). Поэтому, в боковых стенках 19 четвертьволнового резонатора 15 выполнены демпфирующие сквозные отверстия 24, размещенные в зоне поперечной плоскости четвертьволнового резонатора 15 в середине его длины (с учетом его динамического удлинения Δ₃).

Из представленных в графической части заявки фигур 4...9 следует, что наряду с компактностью и низкой материалоемкостью, аналогичной прототипу, заявляемое техническое решение в отличие от прототипа обеспечивает дополнительный акустический эффект подавления резонансного звукового излучения не только на частотах нечетных собственных мод f₁ и f₃, но и на частоте четной собственной моды f₂, которое прототип не только не заглушает, но и усиливает. В свою очередь, по заявленному техническому решению в отличие от аналога (см. Европейский патент 0091038), для подавления четных и нечетных резонирующих собственных мод не требуется применение нескольких автономных четвертьволновых резонаторов, а данные функции выполняются соосно размещенным в воздухозаборном патрубке единичным четвертьволновым резонатором, в боковой части стенки которого выполнено несколько сквозных демпфирующих отверстий суммарной площадью, равной 0,05...0,06 площади поперечного сечения резонаторного патрубка, которые расположены в зоне середины динамической длины четвертьволнового резонатора.

Воздухозаборный патрубок 7 воздухоочистителя 6 системы впуска ДВС следует рассматривать как трубу (патрубок) конечных размеров длиной L, открытую с обеих сторон (концов). Один конец трубы сообщается с полостью 9 расширительной камеры корпуса 8 воздухоочистителя 6 (для ДВС легковых автомобилей объем полости расширительной камеры корпуса воздухоочистителя составляет обычно 6...12 литров), а другой конец - с подкапотным пространством моторного отсека или непосредственно с внешней окружающей средой (при забортном заборе воздуха засасываемого в цилиндры ДВС). Как известно, в полости трубы открытой с обеих сторон, при ее динамическом возбуждении (например, пульсациями засасываемого в цилиндры ДВС воздуха), возникают (возбуждаются) собственные колебания. В случае непрерывного во времени динамического возбуждения газового объема в полости такой трубы (например, периодическими пульсациями засасываемого воздуха в процессе наполнения цилиндров при реализации рабочего процесса в ДВС), на возбужденных в трубе собственных частотах колебаний происходит усиление звука, излучаемого открытыми срезами трубы в полость 9 корпуса 8 воздухоочистителя 6 и непосредственно - в открытое пространство окружающей среды. Наиболее сильными (энергоемкими) такие колебания происходят на низших собственных частотах колебаний (на низших собственных модах) - как правило, на первой, второй и третьей собственных модах соответственно с частотами f₁, f₂ и f₃. Значения данных частот колебаний (и соответственно частот усиления излучаемого звука из полости трубы) напрямую связаны с длиной данной трубы. Т.е. если труба длинная, то она «гудит на низкой частоте», если труба короткая - «свистит на высокой частоте». Наиболее интенсивной собственной модой такой трубы длиной Lт (открытой с обоих концов), на которой происходит усиление излучаемого звука, является первая собственная мода с частотой f₁ и длиной волны λ₁ при условии выполнения равенства Lт=0,5λ₁ (т.е. когда по длине трубы Lт укладывается полуволна частоты f₁). Как известно, длина Lт открытой с двух сторон трубы с ее собственными частотами (модами) связана следующей зависимостью:

f=n·с/2 Lт, сек^-1

где f - собственная частота колебаний воздушного столба, ограниченного стенками трубы, Гц (сек^-1);

с - скорость звука, м/с (для t°=20C°, с=340 м/с);

n - 1, 2, 3... - числа натурального ряда.

С другой стороны, известно, что f=с/λ, сек^-1:

где λ - длина звуковой волны (частотой f при скорости звука с),

Таким образом, при n=1 (для первой собственной моды)

с/2 Lт=c/λ₁, или Lт=0,5λ.

Следовательно, условие резонансного усиления звука открытой с обоих концов трубы длиной Lт будет происходить на частоте f₁, когда половина длины волны λ₁ будет совпадать с длиной трубы Lт. Соответственно, для более высоких кратных частот (обертонов) с числом n=2 и 3 в трубе длиной Lт уложится 0,5λ·2=λ и 0,5λ·3=1,5λ.

Известно широкое использование четвертьволновых резонаторов для подавления собственных резонансов (собственных мод) труб, когда к участку трубы, в которой возбуждается собственная резонансная мода, подключается участок тупиковой трубы (закрытой на одном конце жестким донышком) длиной Lp, равной 1/4 длины резонирующей волны, распространяемой по данной трубе длиной Lт. Однако известно, что наряду с обеспечиваемым таким резонатором подавления звукового излучения в трубе на данной частоте, например f₁, подключение к ней четвертьволнового резонатора влечет нежелательное (паразитное) усиление звука на кратной ей частоте f₂=2λ₁/2=λ₁. Таким образом, на частоте колебаний f₂, в два раза превышающей частоту f₁, длиной волны λ₂ укладывающейся по длине трубы Lт, в 2 раза меньшей длины волны, чем λ₁ (то есть, длина волны λ₂, равная двум полудлинам λ₁, совпадает с длиной трубы Lт) наряду с эффектом подавления излучения на частоте f₁=λ₁/2 - произойдет усиление излучения звука на частоте f₂=2f₁=2λ₁/2=λ₁. Данное явление - нежелательно, что вынуждает разработчиков низкошумных систем двигателей использовать большее число шумозаглушающих устройств в виде нескольких спаренных четвертьволновых резонаторов или комбинаций четвертьволновых резонаторов с расширительными резонаторными камерами и/или резонаторами Гельмгольца.

На фиг.4 приведена схема трубы, открытой с обоих концов, длиной Lт=Iт+2Δт,

где Iт - геометрическая длина трубы,

2Δт=Δ₁+Δ₂ - динамическое удлинение трубы за счет приращения Δ₁ и Δ₂ присоединенных колеблющихся масс с обоих свободных концов трубы,

Δ₁ и Δ₂≈0,3 диаметра проходного сечения на срезе трубы.

В трубу, открытую с обоих концов, динамической длиной Lт, соосно установлен четвертьволновый резонатор в виде тупиковой трубы меньшего диаметра, заглушенной со стороны открытого среза трубы, излучающего звук в открытое пространство.

Согласно условию развития резонанса трубы 7 (Lт=0,5λ), длина Lp четвертьволнового резонатора 15, с учетом динамического удлинения трубы за счет приращения Δ₃ (где Δ₃≈0,3 диаметра проходного сечения на срезе трубы), присоединенной колеблющейся массы свободного конца трубы, должна составлять 0,5Lт=0,25λ.

Таким образом, для подавления резонанса первой собственной моды f₁ длина резонатора должна составить Lp₁=0,25λ₁.

В то же время для подавления резонанса второй собственной моды f₂ длина резонатора должна составить Lp₂=0,25λ₂. Но так как λ₂=0,5λ₁, то Lp₂=0,125λ₁.

Следовательно, для подавления резонанса второй собственной моды f₂ длина четвертьволнового резонатора должна быть в два раза короче длины четвертьволнового резонатора, предназначенного для подавления резонанса первой собственной моды f₁.

Указанный технический результат при реализации заявляемого технического решения достигается за счет выполнения демпфирующих сквозных отверстий 24 в боковой стенке корпуса ¹/₄ волнового резонатора 15, связывающих его полость 22 с полостью 16 воздухозаборного патрубка 7, имеющих такую суммарную площадь отверстий 24, что с одной стороны - она не так велика, чтобы укорачивать длину резонатора, работающего на подавление первой собственной моды f₁ (на ее подавление используется вся длина резонатора Lp), а с другой - уже достаточна для дополнительного эффективного демпфирования резонансных звуковых колебаний, основанного на фрикционных потерях звуковой энергии в отверстиях 24 перфорации с преобразованием ее в тепловую при продавливании пульсирующим потоком воздуха через сквозные отверстия 24, с подключением к процессу подавления звука резонатором через эти отверстия второй собственной резонирующей моды с частотой f₂. В этом случае длина участка резонатора 15 от торцевого донышка 23 до плоскости расположения пояса отверстий 24 перфорации, равная 0,5 Lp, совпадает с ¹/₄ длины волны λ₂ собственной моды частотой f₂, что обеспечивает его попутную работу как резонатора, настроенного на подавление и второй собственной моды частотой f₂. Величина площади отверстий 24 меньше заявленного диапазона 0,05Fpeз не обеспечивает реализацию процесса эффективного подавления резонатором излучения звука на четной собственной резонирующей моде f₂. Т.е. такой малой площади проходного сечения демпфирующих отверстий еще не хватает, чтобы обеспечить требуемую волновую взаимосвязь на этой моде между полостью воздухозаборного патрубка и полостью четвертьволнового резонатора.

Применение конструкции заявляемого воздухоочистителя, как это полностью подтвердили экспериментальные исследования, позволило повысить его шумозаглушающую эффективность, что и отражает графическая часть на фиг.10, 11, 12, и 13.

В настоящее время в ОАО «АВТОВАЗ» разработана и реализована на экспериментальных автомобилях Семейства «Калина» ВАЗ 1118 конструкция ДВС, оборудованного заявляемым устройством его шумоподавления.

Claims (1)

1. Двигатель внутреннего сгорания с системой впуска, содержащей впускную трассу, подводящую топливную смесь в цилиндры двигателя, состоящую из впускных труб с устройством подвода топлива в цилиндры двигателя, ресивера, который подсоединен магистральной трубой к выполненному в виде камеры воздухоочистителю, к которому подключен воздухозаборный патрубок, ограниченный воздухозаборным срезом, во входной части которого соосно размещено устройство шумоглушения в виде многофункционального четвертьволнового резонатора цилиндрической формы, с образованием сквозного кольцевого зазора, причем длина резонатора составляет половину длины воздухозаборного патрубка, горло резонатора размещено в середине воздухозаборного патрубка, а дно резонатора размещено вблизи плоскости заборного среза патрубка, отличающийся тем, что в боковой части стенки корпуса четвертьволнового резонатора выполнено несколько сквозных демпфирующих отверстий, равномерно расположенных в середине динамической длины четвертьволнового резонатора, причем суммарная площадь сквозных демпфирующих отверстий ΣFотв определяется по выражению ΣFотв=0,05...0,06 Fрез, где Fрез - площадь поперечного проходного сечения резонатора, а динамическая длина Lp=Ip+Δ3, где Ip - геометрическая длина внутренней полости корпуса резонатора, а Δ₃ - динамическое удлинение резонатора (Δ₃≈0,3 диаметра проходного сечения на срезе трубы).

Images