МОДУЛЬ ВПУСКА

Техническое решение относится к установленным на двигателе внутреннего сгорания (ДВС) устройствам для впуска воздуха, аэродинамические особенности которых позволяют эффективно использовать кинетическую и волновую энергию во всасывающих системах для улучшения заполнения цилиндров ДВС, в особенности тех, которые размещены на транспортных средствах поперечно.
Известно, что каждый такт ДВС протекает за весьма короткий промежуток времени. К тому же горение смеси занимает время на порядок меньше, в течении которого необходимо обеспечить оптимальное поступление воздуха к мельчайшим частицам топлива для их полного горения. Нормальная смесь требует порядка 15 кг воздуха на каждый килограмм топлива, и хотя работа ДВС на различных режимах требует некоторого отклонения состава смеси от нормального, но расходы воздуха велики, а организация его поступления в цилиндры ДВС сложна. Тем более, что воздух в системах впуска при периодическом открытии впускных клапанов в каждом из цилиндров ДВС из-за пульсирующего перепада давления начинает распространяться от впускного клапана со скоростью близкой к скорости звука. В этих условиях возникает достаточно проблем, усугубляемых размещением ДВС в малых подкапотных объемах автомобилей.
Известны устройства и приспособления силовых установок, связанных с подводом воздуха для горения топлива (см. например SU 1162689, 1378490 и 1698097, RU 2044915, 2055754 и 2123438). В этих объектах воздуховоды выполнены в виде трубопроводов, форма которых не в полной мере отвечает задаче снижения шума, неизбежно возникающего из-за резких колебаний воздушного потока. Снабжение впускного трубопровода по SU 1378490 дополнительной перегородкой усложняет его конструкцию. В равной степени это относится к системам воздуховодов по RU 2055754, оснащенной кожухами, охватывающими патрубки, а также по RU 2123438, оснащенной звукоотражательными панелями.
На улучшение заполнения цилиндров ДВС были направлены технические решения по SU 1326745, RU 20774, 20775, 55429, 83100, 2078220, 2134356 и 2187008; ДЕ 3820607; ЕР 278117; JP GI-244824 и 63-219866; UK 2203488. Система впуска по JP 61-244824 имеет два ресивера, параллельно и последовательно соединенных с впускным трубопроводом, что усложняет конструкцию. Это относится и к объектам по ЕР 278117, где введены дополнительные резонансные трубы и ресивер, и по ДЕ 3820607, где введен дополнительный резонатор с изменяемым объемом, настраиваемым по частоте вращения вала ДВС.
Многоцилиндровый ДВС по RU 28735 имеет изогнутый впускной патрубок ресивера с обращением его среза к отверстиям впускных труб коллектора. Такая конструкция достаточно эффективна для систем впуска, выполненных из металла, но не всегда отвечает особенностям элементов систем, выполняемых из пластических материалов. К тому же ее эффективность может быть достигнута лишь при определенных геометрических параметрах, как и в объекте по JP 51-23656, в котором глушитель шума выполнен в виде расширительной камеры с трубками определенных соотношений диаметров и расстояния между их срезами. Лишь при определенном расстоянии между стенками камер, размещенных на определенном же расстоянии их разветвления, можно обеспечить снижение пульсаций в системе трубопроводов по JP 2-4840.
В устройствах впуска воздуха, специально приспособленных для ДВС, желательно добиться снижения шума при впуске воздуха без снижения его эксплуатационных свойств и даже обеспечить улучшение его показателей. Такая попытка отражена в US 4934343, где предусмотрено применение двух диффузорных секций на раздвоенном участке газопровода для обеспечения фазового сдвига и компенсации амплитуд пульсаций. Известно, что ДВС с непосредственным впрыском топлива весьма эффективны, но проблема снижения шума при впуске воздуха для них актуальна. На решение этой проблемы направлено техническое решение по FR 2536792, согласно которым следует устанавливать дроссельную шайбу или диффузорную вставку, располагаемых в зоне пучности волны пульсирующего потока. Однако, помимо усложнения конструкции неизбежно ухудшение мощностных и токсичных показателей ДВС за исключением весьма ограниченного режима работы ДВС.
Очевидно усложнение конструкций ДВС при использовании специальных глушителей для впускных систем ДВС. К ним относятся объекты по SU 1539366; RU 2319856; DE 3742322; ЕР 91058, 192457, 376299, 379926; JP 61-190158 и 2-9175; US 4907547. Во впускной системе по ЕР 376299 предусмотрено устройство подавления резонансных гармоник пульсаций кратных длинам. ДВС по ЕР 379926 имеет газосборный ресивер с отходящими патрубками, а также три резонансных глушителя, что позволяло расширить диапазон глушения, но существенно усложнило конструкцию. Два устройства шумоглушения предусмотрены в объекте по JP 61-190152.
Известны многочисленные устройства для впуска воздуха в цилиндре ДВС (см. например, SU 1007559 и 1281722; RU 2075620, 2095612, 2107182 и 2107183; DE 1941875, 1962113, 3331095 и 3742322; JP 63-219866; FR 2679962 и US 4307693, 4776313). Сложны впускные системы ДВС по US 4307693 и SU 1007559, содержащие ресивер с входным участком, дроссельные заслонки и патрубки. А в системе впуска по SU 1281722 воздухопровод в ресивере выполнен в виде тройника, а во впускной системе по RU 2075620 - имеет С-образную форму. Впускной трубопровод по DE 1962113 снабжен перегородкой. Впускное устройство для ДВС по DE 3331095, содержащее ресивер с подводящим каналом и отдельными патрубками подачи воздуха к цилиндрам, не обеспечивает равномерности подачи из-за различия условий прохождения воздуха. В равной степени это относится к впускному устройству для ДВС по RU 2107183. Манипулирование с двумя дроссельными заслонками предусмотрено в устройстве по JP 63-219866, обеспечивающими открытие двух трубопроводов при высокой частоте вращения вала ДВС и закрытие вспомогательного трубопровода при низкой частоте.
Многоцилиндровый ДВС по RU 2107182 содержит головку цилиндров с клапанами и форсунками, полости которой соединены с полостью ресивера, в которой размещен патрубок. По мнению заявителя, динамический срез патрубка расположен в плоскости минимальных колебаний звуковых давлений, а это не всегда отвечает оптимизации газодинамики заряда. Кроме того, при относительно тонких стенках ресивера возможно интенсивное генерирование структурного шума.
Впускное устройство по RU 77914, содержащее ресивер с впускным патрубком и патрубками подачи воздуха в цилиндры ДВС, выполнено составным из основания, крышки и вставки с образованием патрубков их стенками, при этом длина патрубков увеличивается в направлении от впускного патрубка. Наличие трех составляющих усложняет конструкцию устройства, может привести к его разгерметизации, исключающей штатное функционирование. Увеличение длины патрубков в направлении от впускного трубопровода приведет к необходимости «геометрической компенсации».
Использование пластмассовых материалов при изготовлении устройств впуска воздуха в цилиндры ДВС привело к решению возникших при этом задач, отраженных в RU 2284421 и 2357096. Склеенный узел по RU 2284421 скорее всего будет надежен в эксплуатации, но затраты на его изготовление велики. Что касается способа изготовления по RU 2357096, то его продукт может не обеспечить удовлетворительных эксплуатационных свойств при неудачном выборе его геометрических параметров и средств крепления к элементам ДВС.
Несмотря на эти многочисленные технические решения, относящиеся к устанавливаемым на ДВС устройствам впуска воздуха к их цилиндрам, их аэродинамические и конструктивные особенности не позволят эффективно использовать такие устройства на автомобилях, особенно в стесненных условиях их моторного отсека. Они не позволят существенно улучшить мощностные и эксплуатационные свойства ДВС из-за нерационального снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС.
Известен модуль впуска, содержащий имеющий средства крепления стенки, ребра и фланцы корпус в входным каналом, воздуховодами и ресивером, полости которых сообщены между собой и имеют возможность соединения с полостями, размещенными вне корпуса (см. например RU 2333371).
В нем протяженность стенок патрубков воздуховодов различна. Обусловлено это в частности размещением ДВС в автомобиле, но такое выполнение может не обеспечить одинакового распределения воздуха для каждого из цилиндров из-за различия пути его прохождения от впускного патрубка к соответствующим клапанам ДВС, что может негативно сказаться на функционировании ДВС и его показателях.
Компенсации такого выполнения в модуле не предусмотрено ни взаимным размещением входного канала, ресивера и воздуховодов, ни геометрией воздуховодов, где по существу зарождаются шумовые явления и в которых происходят потери энергии, отражающиеся на работе ДВС. Выполнение модуля из трех по существу составных частей не только сказывается на упомянутых потерях энергии, но и усложняет конструкцию из-за заполнения межреберного пространства газосборного модуля впуска полимерным материалом вибродемпфирующего типа. Такое «внешнее» изменение и скорее дополнение модуля не направлено на изменение внутреннего его пространства, что исключает достижение оптимальных характеристик устройств впуска воздуха в цилиндры ДВС. Помимо этого в конструкции модуля не предусмотрено оптимальное соотношение размещения впускного канала и крепежных отверстий на фланце корпуса модуля, что неблагоприятно сказывается не только на характеристиках модуля, но может привести к разгерметизации стыков. К тому же это усугубляется не только размещением ребер жесткости, но и тем, что его выполненного из полимерного материала устанавливает на металлическую головку цилиндров ДСС. Кроме того, выполнение газосборного модуля с упомянутыми признаками потребует дополнительных затрат в производстве.
Задача - создать простую, надежную и эффективную конструкцию устройства для впуска воздуха, изготавливаемую с малыми затратами.
Создание простой, надежной и эффективной конструкции устройства для впуска воздуха, изготавливаемой с малыми затратами, обеспечено рациональным выполнением и размещением его основных частей и элементов.
Для этого в модуле впуска, содержащем имеющий средства крепления, стенки, ребра и фланцы корпус с входным каналом, воздуховодами и ресивером, полости которых сообщены между собой и имеют возможность соединения полостями вне корпуса, протяженность стенок патрубков воздуховодов уменьшается с удалением их входных участков от входного канала.
Поскольку протяженность стенок патрубков воздуховодов уменьшается с удалением их входных участков от входного канала, в модуле впуска содержащем имеющий средства крепления, стенки, ребра и фланцы корпус с входным каналом, воздуховодами и ресивером, полости которых сообщены между собой и имеют возможность соединения полостями вне корпуса, конструкция проста как из-за протяженности стенок патрубков, так и размещения воздуховодов относительно входного канала. При таком выполнении и размещении мала материалоемкость конструкции, что не только повышает ее надежность, но и приводит к снижению затрат производства.
Выполнение воздуховодов вдоль их оси с изменяемыми проходными сечениями, при этом их входные отверстия расположены по существу на одинаковом удалении от стенки ресивера, на которую направлена ось входного канала помимо того, что способствует упрощению конструкции и повышению ее надежности, улучшает эффективность функционирования модуля впуска, так как монолитна не только конструкция, но и она представляет собой единый блок с оптимальным размещением его частей, а именно ресивера и его каналов. При таком размещении рационально происходит наполнение ресивера и прерывистый расход воздуха по воздуховодам, колебания давления которого организованы взаимным расположением, как отверстий ресивера, так и выполнением геометрии воздуховодов.
Весьма упрощает конструкцию эквидистантность осей по крайней мере пары воздуховодов и стенок их патрубков. К тому же это сокращает расходы в производстве.
Способствует повышению надежности то, что между выходными отверстиями воздуховодов на фланце корпуса выполнены крепежные отверстия, среднее из которых в плане расположено между входным каналом и входным участком воздуховода наибольшей протяженности. Такое выполнение не только исключит разгерметизацию стыка с головкой цилиндра, но и в совокупности с упомянутой эквидистантностью эффективно скажется на функционировании устройства.
Снижению затрат в производстве способствует то, что корпус выполнен составным, внутренняя часть которого включает основной объем ресивера и входной канал, в полости которого имеют вход отверстия для установки штуцеров соединения их с полостями вне модуля, и оснащена ребрами. В свою очередь, оснащение ребрами обеспечит эффективное шумоглушение, а рациональное размещение отверстий для установки штуцеров, что также блогоприятно скажется на эксплуатационных показателях ДВС.
Выполненные на стенке ресивера бобышки и установка в отверстия фланцев втулок для средств крепления способствует повышению надежности функционирования устройства, выполняемого из пластических материалов.
Тем самым при использовании предложенной совокупности признаков будет достигнут технический результат - подавление структурных вибраций и излучаемого шума модуля впуска, обеспечивающего улучшение показателей ДВС и характеризуемого технологической простотой, а также надежностью.
Изображено на
фиг
1. двигатель поперечно;
2. модуль;
3. дроссельный патрубок;
4. воздуховоды;
5. выход модуля;
6. модуль со стороны кронштейна крепления;
7. модуль впуска интегрированный.
Многоцилиндровый ДВС имеет блок цилиндров 1 (фиг.1) и головку 2 цилиндров. В блоке 1 с возможностью перемещения установлен поршень 3, кинематически связанный с коленчатым валом 4. В головке 2 установлены клапаны 5, обеспечивающие соединение полости 6 цилиндра с полостями впускного 7 и выпускного 8 коллекторов.
С впускным коллектором 7 соединен модуль впуска 9. Модуль 9 содержит корпус 10 (фиг.2). На корпусе 10 установлен дроссельный патрубок 11. Корпус 10 имеет средства крепления 12, стенки 13 (фиг.3), ребра 14 и фланцы 15. Корпус 10 выполнен с входным каналом 16, воздуховодами 17, 18, 19 и 20 (фиг.4) и ресивером 21. Полости воздуховодов 17, 18, 19, 20 и ресивера 21 сообщены между собой и имеют возможность соединения с полостями, размещенными вне корпуса.
Протяженность стенок патрубков 22, 23, 24 и 25 воздуховодов 17, 18, 19 и 20 различна. Для обеспечения одинакового заполнения полости воздуха каждого из цилиндров из-за различия пути его прохождения от дроссельного патрубка 11 соответствующим.
Поскольку в модуле 9, содержащем имеющий средства 12 крепления, стенки 13, ребра 14 и фланцы 15 корпус 10 с входным каналом 15, воздуховодами 17, 18, 19, 20 и ресивером 21, полости которых сообщены между собой и имеют возможность соединения с полостями вне корпуса 10, протяженность стенок каждой пары, а именно 22 и 23 и 24 и 25 патрубка воздуховодов 17 и 18 и 19 и 20 увеличивается с удалением их входных участков 26 и 27 и 28 и 29 от входного канала 16, конструкция проста как из-за протяженности стенок патрубков 22, 23, 24, 25, так и размещения воздуховодов 17, 18, 19, 20 относительно входного канала 16. При таком выполнении и размещении мала материалоемкость конструкции, что не только повышает ее надежность, но и приводит к снижению затрат производства.
Выполняют воздуховоды 17, 18, 19 и 20 вдоль их оси 30, 31, 32 и 33 (фиг.5) с изменяемыми проходными сечениями 34, при этом отверстия их входных участков 26, 27, 28 и 29 расположены по существу на одинаковом удалении 35 от стенки 36 ресивера 21, на которую направлена ось 37 входного канала 16, что способствует упрощению конструкции и повышению ее надежности, улучшает эффективность функционирования модуля впуска 9, так как монолитна не только конструкция, но и она представляет собой единый блок с оптимальным размещением его частей, а именно ресивера 21 и его каналов. При таком размещении рационально происходит наполнение ресивера 21 и прерывистый расход воздуха по воздуховодам 17, 18, 19, 20, колебания давления которого организованы взаимным расположением как отверстий ресивера 21 так и выполнение геометрии этих воздуховодов.
Весьма упрощает конструкцию эквидистантность оси 30, 31, 32, 33 по крайней мере пары воздуховода 17 и 18, а также 19 и 20, и стенки их патрубков 22 и 23, а также 24 и 25. К тому же это сокращает расходы в производстве.
Способствует повышению надежности то, что между выходными отверстиями 37 воздуховодов 17, 18, 19, 20 на фланце 38 корпуса 10 выполнены крепежные отверстия 39, среднее 40, из которых в плане расположено между входным каналом 16 и входным участком 26 крайнего из воздуховода 22 наименьшей протяженности. Такое выполнение не только исключит разгерметизацию стыка с впускным коллектором 7, но и в совокупности с упомянутой эквидистантностью эффективно скажется на функционировании устройства.
Снижению затрат в производстве способствует то, что корпус 10 выполнен составным, нижняя часть 41 (фиг.6) включает основной объем ресивера 21 и на ней размещены штуцера 42 и 43 дренажа из ресивера 21, а также выполнены дополнительные ребра 44 на перемычке 45. Такое оснащение ребрами 44 перемычки 45 обеспечит эффективное шумоглушение, а рациональное размещение отверстий для установки штуцеров 42 и 43 также благоприятно скажется на эксплуатационных показателях ДВС.
Выполненные на стенке 36 ресивера 21 бобышки 46 (фиг.7), кронштейна модуля 9 установка в отверстия 39 и 40 фланеца 38 втулок 47 - ограничителей сжатия, способствует повышению надежности функционирования устройства, выполняемого из пластических материалов.
Тем самым при использовании предложенной совокупности признаков будет достигнут технический результат - подавление структурных вибраций и излучаемости шума модуля впуска, обеспечивающего улучшение (фиг.1) показателей ДВС и характеризуемого технологической простотой, а также надежностью.
Модуль 9 функционирует так.
Периодическое открытие впускного клапана 5 и перемещение поршня 3 вызывает пульсирующее изменение давления в полости впускного коллектора 7. В свою очередь происходит изменение давления в полости соответствующего воздуховода 17, 18, 19 или 20, а также в полости ресивера 21. Пульсации воздуха и упругие волны разрежения-сжатия среды в системе впуска распространяются от клапана 5 вплоть до входного канала 16. Тем самым возникает воздействие волн на стенки 13 корпуса 10, имеющего сложную форму.
Вибрация корпуса 10 вызывает шум и воздействие на сопряженные элементы модуля 9, которые, в свою очередь, воздействуют на модуль 9 и сказываются как на возникновении шума, так и на поступлении воздуха от дроссельного патрубка 11 до полости 6 цилиндра, что сказывается на эффективности работы двигателя.
Так как в модуле 9, содержащем имеющий средства 12 крепления, стенки 13, ребра 14 и фланцы 15 корпус 10 с входным каналом 15, воздуховодами 17, 18, 19, 20 и ресивером 21, полости которых сообщены между собой и имеют возможность соединения с полостями вне корпуса 10, протяженность стенок каждой пары, а именно 22 и 23 и 24 и 25 патрубка воздуховодов 17 и 18 и 19 и 20 увеличивается с удалением их входных участков 26 и 27 и 28 и 29 от входного канала 16, конструкция проста как из-за протяженности стенок патрубков 22, 23, 24, 25, так и размещения воздуховодов 17, 18, 19, 20 относительно входного канала. При таком выполнении и размещении мала материалоемкость конструкции, что не только повышает ее надежность, но и приводит к снижению затрат производства.