Система впуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства

 

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к транспортному машиностроению, преимущественно к автомобилям высокого класса, использующим акустические колебания для информирования водителя о режиме работы двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС). Заявляемой полезной моделью решаются возможные пути генерации такого звука за счет использования в системе впуска ДВС воздухоочистителя и ресивера, в конструкции которых предусмотрены средства, обеспечивающие создание спортивного информационного звука в кабину водителя (пассажирское помещение) автотранспортного средства (далее АТС), улучшающие возможности непрерывного акустического мониторинга водителем режима работы ДВС. Система впуска ДВС АТС содержит газопроводный тракт, включающий совокупность функциональных элементов для впуска воздуха из внешней среды, его перемещения, фильтрации, воздушных полостей участвующих в ослаблении пульсаций и передачи к цилиндрам ДВС, и интегрированный (встроенный) внутрь тракта системы впуска, по крайней мере, один полый упругий акустический модуль из газонепродуваемого материала. Отличительной особенностью является то, что в смежных стенках акустического модуля смонтированы, по крайней мере, две упругие мембраны, собственные частоты которых отличаются менее чем на 0,40,6 октавы, при этом воздушная полость акустического модуля сообщается с внешней средой, например, камерой моторного отсека, кабиной водителя (пассажирского помещения) посредством калиброванного патрубка. Воздушная полость участвующая в ослаблении пульсаций может быть образована воздухоочистителем, во внутренней полости которого размещен акустический модуль. Либо воздушная полость участвующая в ослаблении пульсаций может быть образована ресивером, во внутренней полости которого размещен акустический модуль. Внутри акустического модуля может быть установлен, по крайней мере, один упругий элемент, ограничивающий взаимное перемещение его противоположных стенок. Технический результат достигаемый предлагаемой полезной моделью заключается в повышении качества оформления комфортного шума в кабине водителя (пассажирском помещении) АТС.1 н. и 3 з.п.п. ф-лы, 3 ил.

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к транспортному машиностроению, преимущественно к автомобилям высокого класса, использующим акустические колебания для информирования водителя о режиме работы двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС). Заявляемой полезной моделью решаются возможные пути генерации такого звука за счет использования в системе впуска ДВС воздухоочистителя и ресивера, в конструкции которых предусмотрены средства, обеспечивающие создание спортивного информационного звука в кабину водителя (пассажирское помещение) автотранспортного средства (далее АТС), улучшающие возможности непрерывного акустического мониторинга водителем режима работы ДВС.

Кроме проблемы негативного влияния высоких уровней шума на здоровье человека, обнаружено также существенное влияние тональности и динамики звука как на адекватное восприятие АТС в потоке движения, так и на безопасность вождения АТС. Покупатели, как правило, хотят видеть АТС, характер шума которых соответствует типу АТС и их восприятию его. Для многих клиентов акустический имидж" и комфорт шума представляет принимаемый всерьез мотив покупки. Удовольствие от езды должно повышаться в будущем развитием внутреннего шума АТС со специфическим, неповторимым характером звука, типичным для выбираемой марки АТС, удовлетворяющим личным ожиданиям клиентов.

С 90-ых годов западноевропейская автомобильная промышленность активно занимается поиском различных методов и технических возможностей для оформления характера звука АТС. И если в 90-х такие работы проводились больше в рамках доводочных работ на завершающей стадии доводки серийного АТС, то в 2000-ые такой подход оказывается уже недостаточным в связи с резким сокращением времени постановки на производство новых моделей. Все более короткие периоды доводки с небольшим количеством прототипов при возрастающем использовании техник имитации требуют настоятельно последовательного переноса акустического проектирования в раннюю фазу процесса проектирования АТС.

В последние годы достигнут большой прогресс как в снижении внешнего, так и внутреннего шума АТС.Достаточно сказать, что нормативные требования к внешнему шуму АТС ужесточились в Европе за 15 лет в 10 раз с 84 дБ (А) (1980) до 74 дБ (А) (1995). Однако, все более тихие АТС могут быть потенциально опасными, если они не воспринимаются адекватно. Это типично, в частности, для «тихих» электрических транспортных средств (электромобилей) и например, для АТС, работающего на водородном топливе. Поэтому внешний шум, в частности, не должен быть очень низким и должен обеспечивать функцию оповещения пешеходов

В отношении внутреннего пространства пассажиры ожидают возможно более тихого и приятного шума от высококачественных, комфортабельных АТС. При этом уровень звука должен был подниматься пропорционально числу оборотов ДВС, он должен быть свободен от резонансов, без тональных составляющих. Свободные от стресса поездки по автобану с возможностью безмятежной беседы в салоне (кабине водителя) - это неотъемлемые комфортные права клиентов. С другой стороны шум ДВС содержит сведения, которые принимаются водителем скорее неосознанно, обрабатываются и поддерживают его при движении АТС (подсознательная, поступающая от звукового сигнала информация о числе оборотов ДВС, о его ускорении и нагрузке). Поэтому слишком сильное уменьшение шума в кабине водителя (пассажирском помещении), принимая во внимание его информационную ценность, оказывается уже нерациональным. При «полной тишине» в кабине водитель не получает информации о работе ДВС, ни о его скоростном режиме, ни об ускорении. Зрительная информация о приближении к впереди идущему АТС поступает слишком поздно и зачастую уже не может предотвратить наезда.

Многочисленные попытки создать звуковую информацию о работе ДВС при помощи «искусственного звука», сила и спектр которого зависел бы от режима работы ДВС при помощи акустических динамиков, устанавливаемых в салоне и управляемых сложными вычислительными комплексами, были предприняты ведущими автомобильными фирмами Европы в 90-е годы. Они не увенчались успехом, т.к. и водитель и пассажиры воспринимали синтезированный звук как искусственный и психологически не воспринимали его как сигнал от ДВС, требующий мгновенной и незамедлительной реакции. Так как именно АТС высокого класса имеют низкие уровни звуковых колебаний во внутреннем пассажирском пространстве, для водителя часто относительно трудно воспринимать текущую нагрузку установленного на транспортном средстве ДВС только на основе передающегося в пассажирское пространство шума ДВС. Поэтому актуальным является повышения слышимости и информативности звуков ДВС в пассажирском пространстве при сохранении низких комфортных общих уровней шума, соответствующих классу АТС.

Решение этой проблемы потребовало «доставки» естественных звуковых и вибрационных сигналов идущих непосредственно от ДВС и его систем. Одним из перспективных направлений, широко исследуемых на Западе, является дозированная передача в кабину водителя (пассажирское помещение) корректированных сигналов от газодинамических систем по искусственным акустическим и механическим каналам.

Из патентных источников информации, например, заявки DE 102007007946 (А1), МПК F01N 1/06, F01N 13/04, опубликованной 04.09.2008; заявки US 2007029133 (А1), МПК F01N 13/04, F01N 1/02, F01N 1/06, опубликованной 08.02.2009 известны устройства для оформления шума АТС регулирующие звук, излучаемый системой выпуска отработавших газов в окружающее пространство, таким образом, чтобы выделить (усилить) шум отдельных основных гармоник и субгармоник для создания спортивного имиджа АТС (спортивного звука). Звук, передающийся в салон АТС, одновременно доносит водителю и подсознательную информацию о режиме работы ДВС и его оборотах, что согласно работе (Bemd Fuchmann, Patrik Garcia, Grundsatzuntersuchungen zum Sportsound durch Abgaskrummer- und Vorrohranpassung", MTZ Motortechnische Teitschrift 62 (2001), 5, pp 356-366) благоприятно сказывается и на безопасности АТС на дороге.

Из патента США US 6644436 (В2), МПК В60К 13/02 (+6), опубликованного 31.10.2002, известно устройство, использующее передачу шумового сигнала генерируемого системой впуска ДВС непосредственно в кабину водителя (пассажирское помещение) АТС по воздуховодным патрубкам (трубкам), содержащим разделительные мембраны и пустотелые объемы для их размещения и закрепления, включая элементы акустического регулирования силы и спектра звука, передаваемого в кабину водителя (пассажирское помещение). Недостатком рассмотренной конструкции, особенно для ДВС оборудованных устройством турбонаддува, в первую очередь следует отнести наличие переменных (медленно изменяющихся) статических давлений в системе впуска ДВС, зависящих от скорости и нагрузочного режима работы ДВС; переменные статические силы, действующие на разделительные мембраны, изменяющие их динамические жесткостные характеристики из-за их нелинейных жесткостных характеристик и нарушающие в связи с этим стабильность характеристик передачи звука в кабину водителя (пассажирское помещение) АТС (стабильность передаточных функций системы). Другим существенным недостатком указанного технического устройства, является потенциальная возможность попадания в зону засасываемого очищенного воздуха систем впуска ДВС посторонних предметов (твердых абразивных частиц пыли и т.п.) при разгерметизации устройства или его механическом разрушении.

В качестве пустотелого объема для установки мембран может быть использована внутренняя полость воздухоочистителя с присоединенными входным и выходным патрубками. В этой связи можно отметить наличие значительного количества патентов и патентных заявок, в которых описаны системы впуска ДВС, структурные элементы которых включают отдельные мембранные устройства или мембранные блоки. В частности это:

- ЕР 2138700 (Al), МПК F02M 35/12 (+5), дата публикации 30.12.2009,

- JP 2010209778 (1), МПК F02M 35/12 (+1), дата публикации 24.09.2010,

- ЕР 2019197 (А2), МПК F02M 35/12 (+2), дата публикации 28.01.2009,

- ЕР 1865187 (А2), МПК F02M 35/12, дата публикации 12.12.2007,

- US 2003/0024513 (Al), МПК F02B 23/00, дата публикации 06.02.2003,

- ЕР 1865186 (А2), МПК F02M 35/12 (+5), дата публикации 12.12.2007.

Особый интерес представляет устройство воздухоочистителя ДВС, подробно описанное в заявке на патент US 2002/0124734 (Al), МПК ВО ID 46/00, дата публикации 12.09.2002, патент US 6551389, которое является достаточно близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату. Воздухоочиститель ДВС (далее при описании конструкции прототипа частично использованы термины дословного перевода с английского языка) автомобиля предназначен для передачи звука в пассажирское купе или кабину водителя, для сообщения водителю операционного состояния ДВС. Воздухоочиститель содержит фильтрующий элемент установленный в корпусе, на стенках которого смонтированы входной и выходной патрубки, для подвода внутрь полости корпуса неочищенного и отвода из корпуса очищенного воздуха, а так же смонтированную на стенке корпуса по крайней мере одну мембрану. Мембрана выполнена из звукопроницаемого материала, причем ее звукопроницаемость гораздо выше, чем стенка корпуса. Форма и расположение (позиционирование) мембраны должны соответствовать достигаемому желаемому возбуждению и распределению звука. Формула изобретения прототипа включает два независимых варианта его конструктивного исполнения. В первом варианте (п.п.1...3 формулы) мембранная часть для достижения большей звукопроницаемости по сравнению со стенкой корпуса имеет утолщенную круглую центральную часть (область) и периферийную холмистую (волнистую) часть. Во втором варианте (п.п.4...6 формулы) упомянутая мембрана встроена в отверстие, выполненное в стенке корпуса и смонтирована на образованных при этом торцах, на которых имеются области присоединения мембраны, для взаимосвязи ее со стенкой корпуса. В описательной части прототипа сделана ссылка на то, что в зависимости от требований к качеству желаемого звука, возможно использование нескольких угловых или овальных мембран, по разному формирующих звук. И наконец, стенки корпуса могут быть выполнены из укрепленного тальком полипропилена, а мембраны из термопластичного эластомера. Оба этих элемента выполняются методом термоформования.

В патенте не оговорены характеристики мембран, необходимые ни для создания акустического комфорта в кабине водителя (пассажирском помещении) ни для обеспечения информационной ценности сигналов акустически генерируемых мембранами. Однако именно их акустические характеристики оказываются решающими для достижения поставленных целей. Так, очень акустически прозрачные мембраны интенсивно пропускают высокочастотный звук и значительно усиливают шум в кабине водителя (пассажирском помещении), делая его очень неприятным. Слишком жесткие мембраны в недостаточной степени передают именно полезные сигналы. Таким образом механические характеристики отдельных мембран и их соотношение являются решающим фактором в обеспечении создания полезного информативного звука в кабине водителя (пассажирском помещении) АТС.

В качестве прототипа выбрано устройство, представленное в патенте ЕР 1619659, МПК F02M 35/10 (+2), опубликованном 25.01.2006 г., заявитель «MANN & HUMMEL» GMBH (DE). Повышение качества оформления комфортного шума в кабине водителя (пассажирском помещении) АТС в прототипе достигается путем усовершенствования системы впуска ДВС АТС, которая, в общем случае, содержит газопроводный тракт, включающий совокупность функциональных элементов для впуска воздуха из внешней среды, его перемещения, фильтрации, сглаживания пульсаций и передачи к цилиндрам ДВС, и интегрированный (встроенный) внутрь тракта системы впуска, по крайней мере, один полый упругий акустический модуль из газонепродуваемого материала. В прототипе в одном из функциональных элементов системы впуска - воздухоочистителе, смонтирован полый упругий акустический модуль из газонепродуваемого материала.

Однако прототипу присущи те же недостатки, что и были отмечены в выше представленном аналоге.

Технический результат достигаемый предлагаемой полезной моделью заключается в повышении качества оформления комфортного шума в кабине водителя (пассажирском помещении) АТС.

Сущность технического решения заключается в реализации совокупности существенных признаков, представленных в независимом пункте формулы полезной модели, и достигается тем, что в известном устройстве системы впуска ДВС АТС, содержащей газопроводный тракт, включающий совокупность функциональных элементов для впуска воздуха из внешней среды, его перемещения, фильтрации, сглаживания пульсаций и передачи к цилиндрам ДВС, и интегрированный (встроенный) внутрь тракта системы впуска, по крайней мере, один полый упругий акустический модуль из газонепродуваемого материала, в смежных стенках акустического модуля смонтированы, по крайней мере, две упругие мембраны, собственные частоты которых отличаются менее чем на 0,40,6 октавы, при этом воздушная полость акустического модуля сообщается с внешней средой, например, камерой моторного отсека, кабиной водителя (пассажирского помещения) посредством калиброванного патрубка. Корпус акустического модуля может быть выполнен в виде короба, в смежных стенках которого смонтированы упругие мембраны. Акустический модуль может быть размещен во внутренней полости воздухоочистителя, либо во внутренней полости ресивера системы впуска ДВС АТС. Внутри акустического модуля может быть установлен, по крайней мере, один разделительный упругий элемент, ограничивающий взаимное перемещение его противоположных стенок.

При этом, в данном описании,

- под термином «модуль» подразумевается часть устройства системы впуска ДВС АТС, выполняющая определенные (акустические) функции;

- под термином «тракт» подразумевается совокупность средств (элементов) системы впуска ДВС АТС для впуска воздуха (впускной патрубок) из внешней среды, его перемещения (соединительный патрубок), фильтрации (фильтрующий элемент), воздушных полостей, участвующих в ослаблении пульсаций (объем камеры воздухоочистителя, объем камеры ресивера), и передачи (коллекторные патрубки) к цилиндрам ДВС.

Сравнение и анализ 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».

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания заявляемого устройства, где:

На фиг.1 показан фрагмент заявляемой системы впуска ДВС АТС, а именно - ресивер с установленным акустическим модулем, выход калиброванного патрубка 7 которого размещен в кабине водителя (пассажирском помещении).

На фиг.2 показан фрагмент заявляемой системы впуска ДВС АТС, а именно - воздухоочиститель с установленным акустическим модулем, выход калиброванного патрубка которого размещен в моторном отсеке.

На фиг.3 показан вид «А» на акустический модуль.

Поз. 1 - впускной патрубок.

Поз. 2 - воздухоочиститель.

Поз. 3 - соединительный патрубок.

Поз. 4 - воздушная (дроссельная) заслонка.

Поз. 5 - ресивер.

Поз. 6 - коллекторные патрубки.

Поз. 7 - акустический модуль.

Поз. 8 - камера (полость) моторного отсека АТС.

Поз. 9 - кабина водителя (пассажирское помещение).

Поз. 10 - калиброванный патрубок.

Поз. 11 - упругие мембраны, могут быть плоские или гофрированные.

Поз. 12 - упругий элемент.

Поз. 13 - показан фильтрующий элемент воздухоочистителя.

Поз. 14 - показано элементы крепления акустического модуля к структурным стенкам функциональных элементов (ресивера, воздухоочистителя) системы впуска.

Стрелками на чертежах показано направление движения воздушного потока в тракте системы впуска. Пунктирными линиями показано движение звуковых волн.

Представленный в графической части описания объект содержит впускной патрубок 1 воздухоочистителя 2, который (воздухоочиститель) посредством соединительного патрубка 3, в котором установлена воздушная (дроссельная) заслонка 4, подключен к ресиверу 5 с коллекторными патрубками 6, посредством которых тракт системы впуска сообщается с цилиндрами ДВС (не показаны) и интегрированный (встроенный) внутрь тракта системы впуска, по крайней мере, один полый упругий акустический модуль 7 из газонепродуваемого материала. Воздушная полость акустического модуля 7 сообщается с внешней средой, например, камерой моторного отсека 8, кабиной водителя (пассажирского помещения) 9 посредством калиброванного патрубка 10. Корпус акустического модуля 7 может быть выполнен в виде короба, фиг.3, в смежных стенках которого смонтированы упругие мембраны 11. Внутри акустического модуля 7 установлен, по крайней мере, один упругий элемент 12, ограничивающий взаимное перемещение его противоположных стенок (упругих мембран 11). Позицией 13 на фиг.1 и 2 показан фильтрующих элемент воздухоочистителя 2. Монтаж акустического модуля 7 к структурным стенкам функциональных элементов (ресивера 5 - фиг.1, воздухоочистителя 2 - фиг.2) системы впуска осуществляется элементами крепления 14. Работает заявляемая система впуска ДВС АТС обычным образом. Забортный неочищенный воздух из атмосферы, под воздействием разрежения, возникающего при ходе поршня (не показан) вниз на такте впуска ДВС, по впускному патрубку 1 поступает в полость неочищенного воздуха воздухоочистителя 2 (показано стрелками), просачивается через фильтрующий элемент 13, проходя при этом стадию очистки, и через соединительный патрубок 3 (показано стрелками) поступает в ресивер 5, после чего по коллекторным патрубкам 6 всасывается в цилиндры (не показаны) ДВС. Расход его при этом регулируется воздушной заслонкой (дросселем) 4. Одновременно с этим, при закрытии впускного клапана (не показан) ДВС, поток очищенного воздуха начинает движение в обратном направлении, с выходом в атмосферу через впускной патрубок 1.

Работает заявляемый воздухоочиститель системы впуска ДВС обычным образом. Забортный неочищенный воздух из атмосферы, под воздействием разрежения, возникающего при ходе поршня вниз (не показан) на такте впуска ДВС, по впускному патрубку 1 поступает в полость неочищенного воздуха воздухоочистителя 2 (показано стрелками), просачивается через фильтрующий элемент 13, проходя при этом стадию очистки, и через коллекторные патрубки 6 (показано стрелками) поступает в цилиндры (не показаны) ДВС. Расход его при этом регулируется воздушной заслонкой (дросселем) 4. Одновременно с этим, при закрытии впускного клапана (не показан) ДВС, поток очищенного воздуха начинает движение в обратном направлении, с выходом в атмосферу через впускной патрубок 1. Этот процесс вызывает колебания столба газа во впускном тракте, в частности, в полости воздухоочистителя 1 и ресивера 5. Возникающие в полости воздухоочистителя 1 или ресивера 5 колебания давления возбуждают переменные силы на упругих мембранах 11 и их колебания. Колебания упругих мембран 11, в свою очередь сжимают газ в полости акустического модуля 7, возбуждают в ней вторичные колебания давления. Эти колебания давления по калиброванному патрубку 10 передаются в моторный отсек 8 или кабину водителя (пассажирское помещение) 9. Если частота колебаний во впускном тракте близка или совпадает с одной из собственных частотой колебаний упругих мембран 11, их колебания усиливаются. Соответственно усиливается излучение звука воздухонепродуваемыми упругими мембранами 11 в моторный отсек 8 АТС и кабину водителя (пассажирское помещение) 9 АТС.

Естественным требованием к передаваемому в моторный отсек 8 или кабину водителя (пассажирское помещение) 9 звуку является минимизация передачи раздражающих высоких частот и обеспечение оптимальной передачи в полосе частот, близких к основной частоте воздушного шума в диапазоне средних и повышенных оборотов ДВС.

При наличии двух упругих мембран 11 с различными собственными частотами f1 и f2 усиление звука происходит в полосе частот, определяемой их величинами. Для упругих мембран 11 с близкими собственными частотами характерно усиление во всей полосе между f1 и f2.

Результаты компьютерного моделирования показывают, что желаемый технический результат достигается при выполнении условий, когда в смежных стенках акустического модуля смонтированы, по крайней мере, две упругие мембраны, собственные частоты которых отличаются менее чем на 0,40,6 октавы.

Если разность собственных частот f1 и f2 упругих мембран 11 меньше 0,4 октавы, ширина полосы частот невелика. Если более 0,6 октавы между собственными частотами упругих мембран 11 наблюдается полоса недостаточного усиления звука.

Разумеется, заявляемая полезная модель не ограничивается приведенными конкретными конструктивными примерами ее осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых фигурах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой полезной модели. Например, форма и конструктивное исполнение акустических модулей и воздухонепродуваемых мембран может быть самым различным, учитывающим конструктивные особенности ресивера или воздухоочистителя, массогабаритные, технологические и экономические показатели системы впуска в целом.

1. Система впуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства, содержащая газопроводный тракт, включающий совокупность функциональных элементов для впуска воздуха из внешней среды, его перемещения, фильтрации, воздушных полостей, участвующих в ослаблении пульсаций, и передачи к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания, и интегрированный (встроенный) внутрь тракта системы впуска, по крайней мере, один полый упругий акустический модуль из газонепродуваемого материала, отличающаяся тем, что в смежных стенках акустического модуля смонтированы, по крайней мере, две упругие мембраны, собственные частоты которых отличаются менее чем на 0,40,6 октавы, при этом воздушная полость акустического модуля сообщается с внешней средой, например, камерой моторного отсека, кабиной водителя (пассажирского салона) посредством калиброванного патрубка.

2. Система впуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что воздушная полость, участвующая в ослаблении пульсаций, образована воздухоочистителем, во внутренней полости которого размещен акустический модуль.

3. Система впуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что воздушная полость, участвующая в ослаблении пульсаций, образована ресивером, во внутренней полости которого размещен акустический модуль.

4. Система впуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что внутри акустического модуля установлен, по крайней мере, один упругий элемент, ограничивающий взаимное перемещение его смежных стенок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использовано для комплексного группового и/или индивидуального обучения и подготовки водителей самоходных безрельсовых транспортных средств, в частности водителей легковых, грузовых автомобилей, мотоциклистов, водителей автобусов, составов транспортных средств

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при исследовании рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания в динамических режимах (в условиях эксплуатации)
Наверх