Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: двигателестроение, в частности, устройства воздухоочистителей. Сущность изобретения: воздухоочиститель содержит цилиндрический корпус 1 впусным окном 2. В днище, соосно корпусу 16 выполнено выпускное окно 3. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 4, включающий обечайку 5 и дугообразный дефлектор 6, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса 1 канал 7. Новым является то, что канал 7 по всей своей длине образован сплошной стенкой корпуса 1, а его динамические срезы 8 и 9 расположены на угловом расстоянии друг от друга 45 град. Дефлектор 6 может быть образован в виде сплошного фрагмента обечайки 5. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2009357
Класс(ы) патента: F02M35/14
Номер заявки: 4918395/06
Дата подачи заявки: 11.03.1991
Дата публикации: 15.03.1994
Заявитель(и): Производственное объединение "АвтоВАЗ"
Автор(ы): Фесина М.И.; Старобинский Р.Н.; Соколов А.В.; Лазарев Ю.П.; Лысенко Е.В.
Патентообладатель(и): Волжское объединение по производству легковых автомобилей
Описание изобретения: Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, в частности к устройствам воздухоочистителей снабженных элементами шумоглушения.
Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) (а. с. СССР N 1042393, кл. F 02 M 35/02, БИ 13 от 07.04.84), содержащий корпус, выполненный в виде кругового цилиндра, и днища, в котором выполнено выпускное окно (отверстие под карбюратор), смещенное относительно геометрического центра днища корпуса, а также крышку корпуса, фильтрующий элемент и смонтированный на корпусе воздухозаборный патрубок.
При работе ДВС, в момент открытия/закрытия впускных клапанов и в самом процессе изменения объемов цилиндров, возникает переменная составляющая объемного расхода воздуха, что приводит к раскачке воздушных объемов, заключенных в отдельных элементах труб и объемов системы впуска. Воздушные объемы в отдельных элементах системы впуска имеют определенные частотные характеристики и в конечном итоге определяют звуковое излучение, производимое непосредственно наружным срезом воздухозаборного патрубка. В частности, эффективной "раскачке" подвергается объем воздуха, заключенный в камере воздухоочистителя, на низших собственных тангенциальной и радиальной формах колебаний, звуковая энергия которых непосредственно излучается наружным срезом воздухозаборного патрубка в окружающую среду, что ухудшает акустические качества двигателя и автомобилям в целом.
В патенте ФРГ N 1083594, кл. 46с2 49, 1958 г. описан воздухоочиститель для ДВС, содержащий корпус, выполненный в виде кругового цилиндра и днища, причем в последнем, соосно корпусу выполнено отверстие под карбюратор. При соосном размещении отверстия под карбюратор с корпусом воздухоочистителя исключается возбуждение тангенциальных форм колебаний объема воздуха, заключенного в камере воздухоочистителя. Однако возбуждаются (по уже названной причине) и свободно передаются в окружающую среду низшие собственные радиальные формы, что является отрицательным фактором в смысле акустических качеств воздухоочистителя.
Прототипом является воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно корпусу выполнено выпускное окно, смонтированный на корпусе воздухозаборный патрубок, имеющий впускную и присоединительную части, крышку корпуса и фильтрующий элемент. В описанном воздухоочистителе, с целью повышения эффективности шумоглушения, присоединительная часть воздухозаборного патрубка снабжена перегородкой, связанной с дугообразным дефлектором, расположенным между корпусом и фильтрующим элементом и образующим со стенками цилиндрического корпуса два разветвляющихся канала, причем длины каналов составляют соответственно 0,2D и 0,6D, где D - диаметр корпуса.
Здесь эффективно решается задача исключения передачи в окружающую среду звуковой энергии, возбуждаемой низшими тангенциальными собственными формами (за счет определенным образом выполненного дефлектора) и исключения возбуждения в камере воздухоочистителя низшей собственной ( и более высокого порядка) радиальной формы, за счет соосного с корпусом размещения отверстия под карбюратор.
В качестве критики можно отметить следующее.
Для быстроходных двигателей большого литража с высоким объемным расходом газа (воздуха) через систему впуска и, в частности, воздухоочиститель, наличие дефлектора на его входе может вызвать значительное повышение гидравлического сопротивления впускного тракта, что неизбежно ведет к ухудшению мощностных, экономических и токсических показателей двигателя.
Затеняется часть (частично выключена из работы) фильтрующего элемента, "прикрытая" дефлектором и расположенная напротив присоединительной части воздухозаборногот патрубка, через который в полость воздухоочистителя подается неочищенный воздух. В конечном итоге это уменьшает рабочий ресурс фильтрующего элемента.
При несоосном расположении фильтрующего элемента в корпусе воздухоочистителя, строго определенное месторасположение дефлектора относительно присоединительной части воздухозаборного патрубка по условиях компоновки может усложнить, или сделать невозможным монтаж дефлектора. Это ограничивает область применения.
Можно отметить и то, что вариант выполнения перегородки и дефлектора в виде неравнобедренной треугольной призмы, конструктивно является достаточно сложным. Кроме того длина дефлектора сравнительно велика.
Цель изобретения - увеличение ресурса к области применения, снижения гидравлических сопротивлений и упрощение конструкции, при сохранении высоких акустических качеств.
Техническая задача решается путем оптимизация конструкции дефлектора и его месторасположения.
Цель достигается тем, что в известном воздухоочистителе для двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно корпусу выполнено выпускное окно, установленные внутри корпуса фильтрующий элемент и дугообразный дефлектор, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса канал, последний по всей своей длине образован сплошной цилиндрической поверхностью корпуса, при этом динамические срезы канала отстоят друг от друга на угловой длине 45о.
При таком конструктивном исполнении дефлектор располагается вне зоны впускного окна и не привязан к нему геометрически, что уменьшает гидравлическое сопротивление впускного тракта, допускает размещение дефлектора в значительном диапазоне (кроме зоны впускного окна), что значительно расширяет компоновочные возможности. Размеры дефлектора при этом меньше, чем в прототипе, а конструкция его упрощается.
Конструкция воздухоочистителя еще более упростится, если дефлектор выполнить в виде сплошного участка обечайки фильтрующего элемента (которая в реальной конструкции прототипа выполнена перфорированной по всей своей длине). Т. е. в этом случае дефлектор выполняется в виде части штатного элемента воздухоочистителя. Такой подход позволяет сохранить штатную номенклатуру деталей воздухоочистителя (т. е. исключить дополнительный элемент) в сравнении с базовым объектом, которым является воздухоочиститель автомобиля ВАЗ любой модели.
Все эти конструктивные преобразования полностью сохраняют акустическую эффективность прототипа, доказательства чего подробно приводятся ниже.
На фиг. 1 схематично показан предлагаемый воздухоочиститель; на фиг. 2 - канал, образованный дефлектором и сплошным участком цилиндрической стенки корпуса; на фиг. 3 - эпюра распределения звуковых давлений в канале по гармоническому закону; на фиг. 4 - вариант конструктивного исполнения воздухоочистителя, в котором дефлектор образован сплошным участком перфорированной обечайки фильтрующего элемента; на фиг. 5 - направление движения падающих и отраженных волн в камере воздухоочистителя.
Воздухоочиститель (см. фиг. 1,4) содержит цилиндрический корпус 1 с впускным окном 2. В днище, соосно корпусу 1 выполнено выпускное окно 3. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 4, включающий обечайку 5 и дугообразный дефлектор 6, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса 1 канал 7. Динамические срезы 8 и 9 канала 7 расположены на угловом расстоянии друг от друга 45оС.
Обозначения принятые на чертежах: на фиг. 2 l - линейная длина канала, м; на фиг. 3 Р - давление, Т - период, с; на фиг. 5 R - радиус цилиндра корпуса, м.
Дополнительно на фиг. 1 показан воздухозаборный патрубок 10 с входным срезом 11.
Работает воздухоочислитель обычным образом.
За счет разрежения, создающегося в цилиндрах двигателя, воздух из внешней среды через срез 11 патрубка 10 и впускное окно 2 поступает во внутреннюю полость корпуса 1, просачивается через фильтрующий элемент 4 и очищенный таким образом, через выпускное окно 3 поступает в смесеобразующее устройство (не показано).
Воздушный объем, заключенный в полости воздухоочистителя, можно рассматривать как распределенную (по этому объему) массу, имеющую определенные упругие, инерционные и диссипативные характеристики. Подвод возбуждения к этой массе осуществляется как через выпускное окно 3, так и через впускное окно 2, соединенное с воздухозаборным патрубком 10. Вследствие вызванного возбуждения воздушный объем, заполняющий воздухоочиститель, начинает совершать колебания на своих собственных частотах, что усиливает раскачку на этих частотах воздушного столба, заключенного в патрубке 10, а это увеличивает интенсивность звукового излучения, производимого его срезом 11 в окружающую среду. Наиболее интенсивным являются колебаний воздушного столба в корпусе 1 воздухоочистителя на низших тангенциальных и радиальных формах колебаний, которые характеризуются ярко выраженными максимумами (пучностями) и минимумами (узлами).
Уже было отмечено, что выпускное окно 3 расположено в узле колебаний низших собственных тангенциальных форм (поскольку центр окна 3 совпадает с вертикальной осью корпуса 1), следовательно возбуждения на этой собственной резонансной форме колебаний не происходит. Но одновременное расположение выпускного окна 3 (источника возбуждения) в пучности низшей собственной радиальной формы колебаний с частотой колебания
f = 1,22 с/D , с-1, где с - скорость звука, м/с,
D - диаметр цилиндра корпуса, м, ведет к наиболее интенсивной ее раскачке.
Соответственно длина волны этой радиальной формы колебаний λ составляет
λ = = , м,
= , мм.
Для подавления, или значительного ослабления, излучения звука на этой возбужденной и передающейся в воздухозаборный патрубок 10 собственной резонансной форме, амплитудные и фазовые характеристики которой изменяются по радиусу и не зависят от угловой координаты, внутри корпуса 1 установлен дефлектор 6, образующий с частью корпуса 1 канал 7, который посредством своих динамических срезов 8 и 9 сообщается с объемом корпуса 1 воздухоочистителя, в котором находится эта возбужденная форма собственных резонансных колебаний.
Резонансные колебания являются результатом распространения симметричных цилиндрических волн от выпускного окна 3 к стенкам камеры и обратно, и сложения их в объеме камеры. Период этих колебаний
T = = ·
Отражение волн от стенки, фиг. 5, происходит в фазе с падающей волной
Ротр = Рпад
Зависимость колебаний давления в отраженной волне у стенки меняется по гармоническому закону, фиг. 3.
Импульсы давления, возбуждаемые падающей волной у срезов 8 и 9 дефлектора 6, распространяются к противоположным концам дефлектора 6 со скоростью c. Выходящий из дефлектора 6 импульс складывается с отраженной волной. Если время τ1, через которое импульс проходит дефлектор 6 равно 1/2Т, то положительный импульс складывается с отрицательным давлением в волне и компенсирует ее.
Величина τ1 определяется из соотношения
τ1=
Для того, чтобы
τ1 = 1/2·T необходимо
· · отсюда
l = D = R Угол, который образует дефлектор 6
ϕ = = = 0,82рад ≈ 45°
Таким образом, в сравнении с прототипом достигается упрощение конструкции и увеличение области ее применения, поскольку дефлектор стал меньших размеров и его месторасположение жестко не привязано к координатам впускного окна 2. Размещение дефлектора вне зоны впускного окна 2 позволяет уменьшить гидравлические сопротивления впускного тракта ДВС и одновременно увеличить ресурс фильтрующего элемента 4. Таким образом, поставленная в изобретении цель достигнута. (56) Авторское свидетельство СССР N 1377438, кл. F 02 M 35/14, 1988.
Формула изобретения: 1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с впускным окном и днищем, в котором соосно с корпусом выполнено выпускное окно, причем внутри корпуса установлены фильтрующий элемент с обечайкой и дефлектор, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса дугообразный канал, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения ресурса путем снижения гидравлических сопротивлений, динамические срезы канала расположены один относительно другого на угловой длине 45o.
2. Воздухоочиститель по п. 1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде сплошного участка обечайки фильтрующего элемента.