Впускное устройство для двигателя внутреннего сгорания - RU2107183C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с улучшенными токсическими и акустическими качествами.

Во впускном устройстве двигателя внутреннего сгорания (ДВС) возникают на основе переменного расхода воздуха относительно отдельных цилиндров шумы, которые могут излучаться наружу. Поэтому возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах ДВС сопровождается изменением объема подвода воздуха к отдельным цилиндрам двигателя и выхлопной системы. При этом газы движутся в трубопроводах с колебаниями давления, порядок (величины) и направление которых определяются работой ДВС. Эти колебания давлений газа являются причиной газодинамических и акустических явлений, которые при определенных условиях негативно действуют на работу ДВС. В частности, звуковое излучение определяется объемами трубопроводов, которые образуются теми деталями, которые соединяют газопроводы с наружным воздухом, например впускное отверстие воздухоочистителя или выпускное отверстие выхлопной трубы. Такие же основания являются причиной нестационарности газовых потоков в трубопроводах устройства уменьшения токсичности, что может значительно повредить их функциям.

Известен ДВС с впускным устройством, состоящим из емкости с впускным патрубком и отдельными впускными трубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами, причем внутреннее пространство емкости сообщается с устройством уменьшения токсичности, включающим по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливание паров бензина и выхлопа отработавших газов (DE, заявка 3331095, F 02 M 35/10, 1984).

Задачей изобретения является создание впускного устройства для ДВС, которое вызывает наряду с уменьшением шумов также уменьшение выброса токсичных газов.

Поставленная задача решается тем, что в ДВС с впускным устройством, состоящим из емкости с впускным патрубком и отдельными впускными трубками, которые соединяются с головкой цилиндров и отдельными цилиндрами, причем внутреннее пространство емкости сообщается с устройством уменьшения токсичности, включающим по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливания паров бензина и выхлопа отработавших газов, на впускном патрубке закреплена впускная трубка, входящая во внутреннее пространство емкости, причем трубка имеет соединяющее отверстие примерно в одной плоскости 0-0 между двумя средними отдельными трубками, а патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит во внутреннее пространство емкости.

Патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, находится в плоскости 0-0, которая соответствует плоскости поперечного сечения емкости и проходит через центр тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Входное отверстие патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности с радиусом r располагается на расстоянии (0,4 - 0,8)r относительно центра тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Входное отверстие патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности, располагается в плоскости 0-0 центра тяжести SP объема внутреннего пространства емкости.

Патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит отверстием во внутреннее пространство B трубки.

Свободный, выступающий во внутреннее пространство B трубки конец патрубка, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, имеет косой срез, а отверстие (входное) направлено в сторону отверстия впускного патрубка.

Свободный, выступающий во внутреннее пространство B трубки конец патрубка, имеет косой срез, а отверстие (входное) отвернуто от отверстия впускного патрубка.

Трубка в зоне входа патрубка, соединяющего системы устройства уменьшения токсичности, имеет уменьшение поперечного сечения.

На фиг. 1 показано продольное сечение емкости впускного устройства со вставленной впускной трубкой и схема подключения к внутреннему пространству емкости комплексного устройства снижения токсичности посредством общего патрубка; на фиг. 2 - фрагмент емкости с определенным расположением патрубка; на фиг. 3 показан аппроксимированный параллелепипедом корпус емкости и эпюра распределения полей звуковых давлений на низшей собственной продольной форме колебаний воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве емкости; на фиг. 4 - сечение емкости впускного устройства со встроенной во впускной патрубок впускной трубкой, к полости которой подключено комплексное устройство снижения токсичности; на фиг. 5 - вид патрубка с косым срезом, направленным навстречу потоку очищенного воздуха; на фиг. 6 - вариант когда косой срез патрубка направлен в противоположную, по сравнению с фиг. 5, сторону; на фиг. 7 - конструкция трубки, в полости которой образован диффузор.

Двигатель внутреннего сгорания имеет впускное устройство с емкостью 1 (ресивером), внутреннее пространство A которой соединено посредством отдельных впускных трубок 2, 3, 4 и 5 с головкой цилиндров (не показана) и отдельными цилиндрами. На впускном патрубке 6 закреплена впускная трубка 7, входящая во внутреннее пространство A емкости 1, причем трубка имеет соединяющее отверстие 7a, расположенное примерно в одной плоскости 0-0, проходящей между двумя средними трубками 3 и 4. С внутренним пространством A емкости 1 соединяется посредством общего патрубка 8 устройство R уменьшения токсичности, которое включает по меньшей мере одну из систем: систему 9 выхлопа отработавших газов (рециркуляции выхлопных газов), систему 10 вентиляции картера, систему 11 подачи дополнительного воздуха и систему 12 улавливания паров бензина (горючих паров топлива).

На фиг. 2 и 3 подробнее изображен патрубок 8, ответвляющийся от устройства R уменьшения токсичности и располагающийся своим входным отверстием 14 перед соединяющим отверстием 7a трубки 7 в плоскости 0-0 поперечного сечения емкости, которая (плоскость) проходит через центр тяжести SP внутреннего пространства емкости между двумя средними отдельными трубками 3 и 4. Патрубок 8 имеет радиус r и соединяется с одной или несколькими системами 9, 10, 11 и 12 устройства R.

Внутри емкости 1 во время работы двигателя происходят следующие рабочие процессы: газовый объем во внутреннем пространстве A емкости 1 можно рассматривать как распределенную в объеме массу. Эта масса возбуждается со стороны отдельных впускных трубок 2 - 5, которые соединяются с отдельными цилиндрами двигателя, а также от патрубка 8 устройства R уменьшения токсичности. Эта возбуждение приводит к возникновению во внутреннем пространстве A колебаний газа в диапазоне собственных частот. Самые интенсивные колебания - это колебания газа во внутреннем пространстве A в самой низкой форме собственного резонанса, как подробнее изображено на фиг. 3, которая характеризуется максимальной неравномерностью распределения концентраций давления P, с одной стороны, посредством этого увеличивается интенсивность пульсаций давления в трубопроводах устройства R, а с другой стороны увеличивается излучение звука в окружающую среду посредством конструктивных деталей, которые выводят газопроводы двигателя наружу в окружающую среду.

Посредством устройства, согласно изобретению должно или исключительно сильно уменьшаться влияние колебаний газового объема в полости A в энергетически интенсивных формах собственного резонанса на акустические и газодинамические процессы, или во всяком случае значительно уменьшать, чтобы этим самым уменьшить токсичность двигателя.

С этой целью в двигателе размещают входное отверстие 14 патрубка 8 устройства R внутри пространства A емкости 1 в плоскости 0-0, которая совпадает с плоскостью поперечного сечения емкости 1 и проходит через центр тяжести SP объема внутреннего пространства A емкости 1. Как подробно показано на фиг. 3, положение отверстия 14 соответствует его расположению в такой зоне, в которой динамическое колебательное давление P на этой моде колебаний теоретически равно нулю и практически близко к этому значению. Таким образом, влияние этой энергоемкой формы колебаний в пространстве A на газодинамические процессы, которые происходят при работе двигателя в соединениях устройства R, становится минимальным, так что газовые потоки в трубопроводах систем 9 - 12 становятся стационарными или приближаются к этому физическому состоянию. Посредством этого в конечном счете повышается производительность этих систем 9 - 12 за счет снижения гидросопротивления трактов и происходит уменьшение токсичности двигателя.

Одновременно с этим акустическая энергия на отмеченных низших собственных формах колебаний (и все прочие аналогичные, нечетные формы колебаний) не переносятся из внутреннего пространства A через отверстие 14 и далее в окружающую среду, что способствует улучшению акустических показателей двигателя.

Эффективность изобретения повысится, если входное отверстие 14 патрубка 8 (динамический срез патрубка) совместить с центром тяжести SP объема внутреннего пространства A (в полости 0-0), что позволяет учесть влияние динамических процессов, происходящих в патрубке 8. Дело в том, что центр тяжести эпюры выходных скоростей пульсирующего в патрубке 8 газового потока в бесконечном пространстве находится на расстоянии 0,6 r относительно входного отверстия патрубка 8. На практике величину этого "динамического приращения" принято принимать в диапазоне (0,4. . . 0,8) r, что связано с разбросом конструктивных, технологических и других факторов. Таким образом, размещение входного отверстия патрубка 8 в пространстве, ограниченном двумя сферами, центр которых совпадает с центром тяжести SP, а радиус которых 0,4 r и 0,8 r исключает возбуждение срезом патрубка 8 низшей собственной продольной формы колебаний (фиг. 3) объема газа в пространстве A, т.е. наиболее энергоемкой формы, соответственно улучшает акустические качества двигателя.

По другим исполнениям изобретения согласно фиг. 4 - 7 патрубок 8 входит своим отверстием 14 во внутреннее пространство B трубки, закрепленной на впускном патрубке 6.

Патрубок 8 имеет на своем свободном конце косой срез 25 или 26 так, что согласно исполнению по фиг. 5, косое входное отверстие 14 направлено в сторону входного отверстия 21 впускного патрубка 6.

У другого исполнения по фиг. 6 косое входное отверстие 14 отвернуто от отверстия 21 патрубка 6 (т.е. сориентировано в противоположную сторону).

На фиг. 7 изображено исполнение трубки 7, которая действует как диффузор 15. Для этого трубка 7 в зоне входа патрубка 8 имеет уменьшение поперечного сечения 23.

При работе двигателя газы идут из систем 9 - 12 через патрубок 8 устройства R в полое пространство B трубки 7. При этом газовый поток имеет в системе 9 и в системе 10 значительную температуру, благодаря чему в полом пространстве B происходит интенсивный обмен тепла и массы газового потока, идущего из систем 9 - 12, происходит их эффективное перемешивание. Образованный в патрубке 8 поток отработавших газов, паров бензина и воздуха имеет высокую температуру. Он поступает во внутреннее пространство A емкости 1 и идет через впускные трубки 2 - 5 в отдельные цилиндры двигателя. При этом вышеупомянутый поток газа отдает часть своего тепла поступающей в цилиндры двигателя горючей смеси, посредством чего испаряемость жидких фаз горючей смеси повышается и смесь становится гомогенной (однородной). В конечном счете это ведет к равномерному распределению по цилиндрам двигателя конечного продукта, который состоит из смеси горючего с газовым потоком из устройства R, и к лучшему воспламенению горючей смеси в цилиндрах и затем к уменьшению токсичности двигателя.

Благодаря косому срезу 25 или 26 патрубка 8 повышается эффективность смешивания (гомогенизации) потоков, идущих из устройства R, воздухоочистительного устройства и воздухоподвода, и посредством этого отдельные потоки лучше влияют один на другой.

Введение в конструкцию трубки 7 диффузора 15 позволяет повысить в зоне диффузора 15 скорость потока воздуха из системы воздухоочистки и воздухоподачи, а это усиливает эффект смешивания этого потока с суммарным потоком газа из устройства снижения токсичности.

Реферат

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с улучшенными токсическими и акустическими качествами. Впускное устройство для ДВС имеет емкость с впускным патрубком с отдельными впускными трубками, которые соединены с головкой цилиндров и с отдельными цилиндрами. Внутреннее пространство емкости сообщено с устройством уменьшения токсичности, которое включает в себя по меньшей мере одну из систем: вентиляции картера, подачи дополнительного воздуха, улавливания паров бензина и выхлопа отработавших газов. На впускном патрубке закреплена впускная трубка, входящая во внутреннее пространство емкости. Трубка имеет соединяющее отверстие, расположенное примерно в одной плоскости между двумя средними отдельными впускными трубками, а патрубок, соединяющий системы устройства уменьшения токсичности, входит во внутреннее пространство емкости. 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

Формула