Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры. Преимущественно изобретение может быть использовано в автомобилестроении. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания содержит головку цилиндров (1) с впускными отверстиями (2), в которых установлены впускные клапаны (3), впускные патрубки (4), отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер (5), боковая стенка (6) которого снабжена присоединительными отверстиями (7) для патрубков (4). Вдоль полости ресивера (5) закреплен на его торцевой стенке (8) частично перфорированный по своей длине штуцер (9), выход которого подключен к системе (10) воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а вход герметично заглушен противоположной торцевой стенкой (11) ресивера. Внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки (12), разделяющие полость ресивера на отдельные камеры А-Б-В-Г, каждая из которых сообщается с внутренней полостью штуцера (9) посредством отверстий перфорации (13) и число которых равно количеству присоединительных отверстий (7) для впускных патрубков (4). Собственная частота первой камеры А равна собственной частоте четвертой камеры Г, а собственная частота третьей камеры В равна собственной частоте второй камеры Б. Технический результат заключается в улучшении акустических характеристик и снижение газодинамических пульсаций во впускной системе двигателя. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры.

Применение системы электронного впрыска топлива вызывает необходимость введения в конструкцию двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) дополнительных специальных устройств, позволяющих в значительной степени ослабить величину резонансных амплитуд пульсаций объемного расхода воздуха (снизить гидравлические сопротивления) в тракте системы впуска с целью улучшения наполнения цилиндров, повышения эффективной мощности и экономических показателей двигателя. С другой стороны, подавление резонансных пульсаций газа во впускной системе ДВС благоприятно с точки зрения снижения звукового (шумового) излучения в окружающую среду, производимого как выходным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя (аэродинамический шум), так и вибрирующими стенками элементов системы впуска (структурный, корпусной шум).

Так, например, японская фирма "Ямаха Мотор" в заявке 61-244824, F 02 B 27/00, опубл. 31.10.86, для снижения пульсаций и шума предлагает использовать два ресивера, параллельно и последовательно подключенных к трассе впускного трубопровода.

Японская фирма "Хонда Мотор" в заявке 63-219866, F 02 M 35/10, опубл. 13.09.88, предлагает для снижения шума при всасывании использовать два раздельных воздушных трубопровода, соединяющих воздухоочиститель и ресивер с двумя управляемыми дроссельными заслонками, обеспечивающими закрытие вспомогательного канала на низких оборотах и открытое состояние обеих соединительных трубопроводов на высоких оборотах. Эта же фирма в заявке 61-190159, F 02 M 35/12, опубл. 14.01.87, в целях обеспечения шумоглушения в широком диапазоне частот, предлагает соединять с впускной трубой два устройства шумоглушения - 1/4 волновой резонатор тупикового типа и резонансную камеру.

В ЕПВ 0278117, F 02 B 27/00, опубл. 17.08.88, для использования эффектов повышения наполнения цилиндров, за счет подавления резонансных пульсаций газа путем их сложения в противофазе, предлагается использовать взаимосогласованные дополнительные резонансные трубы и дополнительный ресивер.

Австрийская фирма "АВЛ" в заявке ФРГ 3820607, F 01 B 25/00, опубл. 29.12.88, для расширения частотного диапазона эффективной работы дополнительного акустического резонатора, предлагает выполнять его конструкцию изменяемого объема, настраиваемого в зависимости от скорости вращения коленвала.

Японская фирма "Ниппон радзиэта" в заявке Японии 62-48047, F 01 M 1/02, опубл. 12.10.87, предлагает, с целью повышения эффекта глушения шума, взамен использования крупногабаритных сложных конструкций глушителей, применять антирезонансную впускную трубу, включающую управляемый источник шума или вибраций, электромагнитный клапан, приемные акустические датчики, управляющий процессор.

Японская фирма "Хитачи сэйсакусе" в заявке Японии 2-4840, F 16 L 55/04, опубл. 30.01.90, для снижения пульсаций в системе трубопроводов предлагает трубопровод разветвлять по меньшей мере на два отдельных канала, на различных расстояниях от точки разветвления размещать расширительные камеры, отражающие прямые падающие звуковые волны назад к источнику пульсаций (цилиндру двигателя), причем расстояние между стенками камер выбирается определенным образом.

Английское отделение фирмы "Форд Мотор" в заявке Великобритании 2203488, F 02 B 29/00, опубл. 19.10.88, для подавления пульсаций газа и шума во впускном коллекторе предусматривает установку устройства "антизвука" в виде специального громкоговорителя или специального резервуара с электроклапаном.

Японская фирма "Ниссан Дзидося" в японской заявке 51-23656, F 02 B 37/00, опубл. 08.05.89, для снижения шума впуска ДВС и повышения эффективной мощности двигателя, вследствие снижения обратного тока наддувочного воздуха, предлагает использовать специальную конструкцию глушителя шума в виде расширительной камеры с внутренними трубками определенного соотношения диаметров и определенного расстояния срезов труб между собой.

Канадское отделение фирмы "Сименс-Бендикс" в патенте США 4934343, F 02 M 35/00 для глушения шума газового потока, без существенного влияния на гидравлическое сопротивление впускного тракта, предусматривает применение двух диффузорных секций на раздвоенном участке газопровода, обеспечивающих фазовый сдвиг и соответствующую компенсацию амплитуд пульсаций при их сложении в зоне соединения.

Французской фирмой "Пежо" в патенте Франции 2536792, опубл. 22.06.84, заявляется использование дроссельной шайбы или диффузорной вставки, сужающей проходное сечение впускной трубы для снижения шума впуска ДВС с непосредственным впрыском топлива. 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. Также расположение дроссельной шайбы или диффузорной вставки в одном конкретном месте впускной трассы позволяет эффективно воздействовать только на одну резонансную частоту и кратные ей нечетные гармоники, т.е. имеется в наличии ограниченное воздействие устройства на отдельных скоростных режимах работы ДВС.

Американское отделение фирмы "Сименс-Бендикс" в патенте США 4907547, F 02 M 35/10, опубл. 13.03.90 для подавления шумов и пульсаций в системе впуска ДВС предлагает использовать специальный отражатель волн, располагаемый поперек впускной трубы одного из цилиндров, и пары цилиндров на вращающемся валике, который, поворачиваясь, обеспечивает избирательное открытие одной из соседних впускных труб цилиндра ДВС.

Японской фирмой "Мазда Мотор" в ЕВП 0376299, F 02 M 35/12, опубл. 04.07.90, для подавления газовых пульсаций и шума во впускной системе ДВС предусмотрено использование специального приспособления для подавления каждой из резонансных гармоник пульсаций, кратных (0,5+n) длинам резонансных волн пульсаций, где n - целое число, равное нулю или более нуля.

Германской фирмой "Фольксваген" в заявке ФРГ 3742322, F 02 M 35/10, опубл. 07.07.88, предусматривается демпфировать колебания потока всасываемого воздуха в ДВС за счет включения во впускной тракт дополнительного "успокоительного" ресивера с эластичными стенками, в котором за счет возникающих периодических упругих деформаций стенок ресивера, вследствие пульсирующего воздействия газового потока, будет происходить преобразование энергии пульсаций в тепловую энергию в упругом материале стенки с высоким внутренним трением материала (резины).

К очевидным недостаткам такой системы следует отнести относительную дороговизну устройства, нестабильность эксплуатационных характеристик упругой стенки, малую долговечность, опасность попадания неочищенного воздуха в цилиндры ДВС при повреждении упругой стенки, существенное излучение звука непосредственно "пульсирующей" упругой стенкой как звукоизлучающей диафрагмой и т.п.

Анализируя и обобщая результаты вышеприведенного патентного обзора, следует сделать вывод, что вышеперечисленные устройства улучшения акустических характеристик и снижения газодинамических пульсаций во впускных системах ДВС и соответственно улучшения их мощностных, экономических и экологических показателей связаны с использованием дополнительных расширительных или резонансных камер, подключаемых как параллельно, так и последовательно к впускному тракту, использованием электронных систем формирования искуственных противофазных сигналов для компенсации реальных сигналов пульсаций и шума, использованием дополнительных ресиверов, дополнительных управляемых воздуховодов и камер с изменяемым объемом, разветвленных газоводов с фазоуправляемыми диффузорными секциями.

В качестве прототипа принят многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, патент России 2064071, МПК 6 F 02 M 35/12, опубл. 20.07.96, БИ 20, который содержит головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке штуцер. Последний размещен внутри ресивера и его выход подключен к системе воздухоочистки и топливоподачи двигателя, при этом штуцер, по крайней мере на части своей длины, выполнен перфорированным, а его свободный срез герметично заглушен.

В рассматриваемом двигателе применена весьма компактная, высокотехнологичная и эффективная конструкция ресивера. Тем не менее, имеются возможности дальнейшего совершенствования конструкции с точки зрения улучшения ее акустических характеристик. Обусловлено это тем, что устройство, описанное в прототипе, практически никоим образом не связано с необходимым подавлением собственных низкочастотных резонансов воздушного объема полости ресивера, усиливающих передачу звука по впускному тракту на этих частотах, а связано только с ослаблением передачи звука и пульсаций воздуха из полости ресивера вовнутрь полости перфорированного штуцера, путем его демпфирования и отражения (обратно к источнику) в зонах перфорированных отверстий штуцера. Также в прототипе не разрываются (не ослабляются) динамические резонансные взаимосвязи между воздушными полостями впускных патрубков, усиливающие взаимное возбуждение и дополнительную передачу звука в полость ресивера и далее, по впускному воздухозаборному патрубку, - излучение усиленного шума впуска в окружающую среду. Таким образом, открытие впускного клапана в одном из цилиндров ДВС и распространение соответствующего динамического импульса во впускной патрубок будет возбуждать пульсации и резонансный звук в полости ресивера и остальных впускных патрубках многоцилиндрового ДВС, что нежелательно усилит излучение и передачу шума в полости ресивера и впускной системы в целом. Также в прототипе не демпфируются структурные вибрации стенки перфорированного штуцера и стенок корпуса ресивера, что может усиливать излучение корпусного структурного звука или вызывать необходимость решения прочностных проблем вибрирующего перфорированного штуцера. В особенности, резонансные взаимосвязи и взаимодействия впускных патрубков происходят в моменты перекрытия фаз процесса впуска, когда в течение определенных временных промежутков оказываются открытыми клапаны цилиндров двух последующих процессов впуска. Ослабление таких взаимосвязей и резонансных взаимодействий в течение процессов перекрытия фаз впуска в прототипе не реализуется.

Решение технической задачи направлено на дальнейшее совершенствование конструкции ресивера многоцилиндрового ДВС.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном многоцилиндровом, в рассматриваемом случае четырехцилиндровом, двигателе внутреннего сгорания, порядок работы цилиндров которого соответствует схеме 1-3-4-2 или 1-2-4-3, содержащем головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцевой стенке, частично перфорированный по своей длине штуцер, выход которого подключен к системе воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а вход герметично заглушен противоположной торцевой стенкой ресивера, внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки, разделяющие полость ресивера на четыре автономные камеры, каждая из которых, в зависимости от установленного для двигателя порядка работы цилиндров, определенным образом сообщается с соответственным впускным патрубком посредством пояса отверстий перфорации в штуцере, при этом собственные частоты газовых объемов двух образованных в ресивере камер равны между собой и отличаются по величине от частот собственных колебаний газовых объемов двух остальных камер, также равных между собой. Предпочтительным является вариант, когда крайние камеры ресивера (прилегающие к его торцевым стенкам) имеют меньшую собственную частоту колебаний газового объема, по сравнению с внутренними камерами (или больший объем при прочих равных конструктивных параметрах камер).

Для четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 (когда поочередно в каждом цилиндре двигателя осуществляются, соответственно, впуск, сжатие, рабочий ход, выхлоп), первый и четвертый цилиндры подключены к камерам ресивера, имеющим меньшую собственную частоту колебаний газового объема, заключенного в названных камерах, а третий и второй цилиндры подключены к двум оставшимся камерам, собственная частота колебаний газового объема в которых больше, чем в первых двух.

Для четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1-2-4-3 первый и четвертый цилиндры подключены к камерам ресивера, имеющим меньшую собственную частоту колебаний газового объема, заключенного в названных камерах, а второй и третий цилиндры подключены к двум оставшимся камерам, собственная частота колебаний газового объема в которых больше, чем в первых двух.

Для исключения роста гидравлических потерь в тракте системы впуска, затрудняющих топливоподачу, суммарная площадь отверстий перфорации каждого из поясов составляет не менее 1,2 площади проходного сечения штуцера в месте выполнения пояса перфорации. Толщины отверстий перфорации в стенке штуцера в каждой из отдельных камер могут иметь различную величину, общее проходное сечение отверстий перфорации, число и размеры отверстий перфорации в каждой из камер также могут быть различными. На внутренних поверхностях торцевых стенок ресивера могут быть дополнительно смонтированы прокладки из звукопоглощающего пористого пенистого или волокнистого газопроницаемого металлического материала. Кроме того, в стыке соединения перегородок с боковой стенкой ресивера может быть установлен вибродемпфирующий газонепроницаемый (например, резиновый, в виде кольца) элемент.

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

На фиг.1 показано устройство тракта впуска заявляемого многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.2 показана часть ресивера с штуцером, внутренняя полость которого имеет коническую форму.

На фиг.3 показан возможный вариант соединения поперечной перегородки со стенкой ресивера через вибродемпфирующий элемент.

Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, порядок работы цилиндров которого построен по схеме 1-3-4-2 или 1-2-4-3, содержит головку цилиндров 1 с впускными отверстиями 2, в которых установлены впускные клапаны 3, впускные патрубки 4, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер 5, боковая стенка 6 которого снабжена присоединительными отверстиями 7 для названных патрубков 4, и установленный вдоль полости ресивера 5, закрепленный на его торцевой стенке 8, частично перфорированный по своей длине штуцер 9, выход которого подключен к системе 10 воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а вход герметично заглушен противоположной торцевой стенкой 11 ресивера. Внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки 12, разделяющие полость ресивера на камеры А, Б, В и Г, подключенные соответственно к первому, второму, третьему и четвертому цилиндрам двигателя, при этом отверстия 13 перфорации на штуцере 9 сгруппированы в ряды поясов. Для исключения роста гидравлических потерь в тракте системы впуска, затрудняющих топливоподачу, суммарная площадь отверстий 13 перфорации каждого из поясов составляет не менее 1,2 площади проходного сечения штуцера 9 в месте выполнения пояса перфорации. Толщины или диаметры отверстий 13 перфорации в стенке штуцера в каждой из отдельных камер, для направленного изменения собственной резонансной частоты камеры, могут иметь различную величину. Конструктивно это может быть достигнуто путем выполнения стенки штуцера 9 конической, или путем выполнения внешней отбортовки отверстий (такой вариант на чертежах не показан), или путем выполнения отдельных участков внутренней полости штуцера 9 конической (в виде диффузора или конфузора). Общее проходное сечение отверстий перфорации, число и размеры отверстий перфорации в каждой из камер могут быть различными. Кроме того, в стыке соединения, см. фиг.3, перегородок 12 с боковой стенкой 6 ресивера 5 может быть установлен вибродемпфирующий газонепроницаемый (например, резиновый) элемент 14. На внутренних поверхностях торцевых стенок 8 и 11 ресивера могут быть смонтированы прокладки 15 из звукопоглощающего пористого газопроницаемого металлического материала.

Реализация рабочего процесса в ДВС с соответствующим открытием впускного клапана 3 вызывает перепад давлений в емкости переменного объема цилиндра двигателя, которая сформирована поверхностями днища движущегося поршня и камеры сгорания (за клапаном), по отношению к окружающей среде. При этом колебательный импульс в виде упругих волн распространяется со скоростью звука в воздушной среде, заполняющей впускной тракт, вследствие чего происходит возбуждение воздушных объемов впускных патрубков 4 с закрытыми впускными клапанами 3 (тупиковых волноводов) и происходит взаимодействие и связанность звуковых полей и газодинамических пульсаций газа в патрубках 4, что затрудняет разобщающее (разделяющее) действие ресивера 5, вызывает формирование соответствующего звукового поля в пространстве полости ресивера 5, отражение звуковых волн от стенок 6, 8 и 11 ресивера 5 по направлению к впускным клапанам 3 патрубков 4, "вытеснение" и распространение звуковой энергии из полости ресивера 5 в магистраль системы впуска и воздухоочистки 10 как в звукопередающий волновод с определенной акустической проводимостью и далее - излучение этой энергии свободным срезом воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в виде акустического шума в окружающую среду.

Физико-математическая модель описанного выше динамического состояния объекта выглядит следующим образом.

Каждый из 4-х цилиндров рядного четырехтактного ДВС при его работе генерирует серию импульсов всасывания. Эта последовательность импульсов создает колебания (пульсации) объемного расхода газа с основной частотой и кратными частотами f_m=mf₁, Гц где m=1, 2, 3; n - число оборотов в мин.

Колебания расхода газа в различных цилиндрах сдвинуты по времени и по фазе: для 4-цилиндрового двигателя происходит сдвиг по фазе для первой гармоники, равный где k - порядок следования импульсов по цилиндрам в соответствии с порядком работы цилиндров. Для первого цилиндра k=1, для второго k=4, для третьего k=2, для четвертого k=3.

=3,14 рад
Для n-ной гармоники сдвиг по времени тот же, а по фазе
_m = m^*₁, рад
Двигатель с ресивером в системе впуска способствует обеспечению раздельного (независимого) наддува цилиндров за счет существенного разрыва газодинамических связей между патрубками 4 и объемом ресивера 5. С другой стороны, относительная независимость волновых акустических явлений в патрубках 4, соединяющих ресивер 5 с цилиндрами, приводит к более резкому развитию колебаний газа в каждом патрубке 4 по отдельности. Эти резонансные колебания проявляются на собственных частотах колебаний патрубков

где С - скорость звука, м/с;
p=1,2,3,...;
L_n - длина патрубка, м.

На низшей резонансной частоте (f⁽¹⁾) в систему, образующую резонансный контур, частично вовлекаются и другие, связанные с патрубками массы газа (непосредственно в ресивере и примыкающих к нему элементах).

Вследствие несимметрии акустических нагрузок (различного расстояния подсоединения патрубков от центра тяжести воздушной полости ресивера), формируемых конструкцией ресивера, акустические нагрузки на патрубки отдельных цилиндров различны, и это приводит к небольшому несовпадению резонансных частот (f⁽¹⁾) отдельных патрубков. Поэтому возникающие резонансные колебания газа в одном из них (на своей резонансной частоте) не подавляются колебаниями, приходящими в ресивер от других патрубков, даже если начальные импульсы от цилиндров скомпенсированы (идут в противофазе).

Второе неблагоприятное акустическое явление связано с возбуждением первой, наиболее энергоемкой, несимметричной продольной резонансной формы колебаний газа в ресивере. Как правило, ее частота близка (или кратна) к одной из собственных частот колебаний газа в патрубке, что приводит к дополнительному резонансному усилению излучения звука из системы, особенно на частотах нечетных гармоник основной частоты процесса всасывания (f⁽¹⁾). Это подразумевает передачу из ресивера усиленного резонансного излучения звука в магистраль системы впуска и воздухоочистки 10 по направлению к свободному открытому срезу воздухозаборного патрубка воздухоочистителя в окружающую среду. На пути этой цепи передачи это звуковое излучение будет трансформироваться (видоизменяться по спектральному составу, частично усиливаться или ослабляться по амплитудам) по всему пути передачи - впускная труба, воздухоочиститель, воздухозаборный патрубок, моторный отсек и окружающая среда.

Учитывая важную роль ресивера в формировании акустических нагрузок, действующих как непосредственно на впускные патрубки 4, так и на их взаимодействие между собой - с одной стороны, и на передачу акустической энергии по свободной цепи передачи (по магистрали системы впуска) в окружающую среду - с другой стороны, логична постановка задачи о внесении в ресивер эффективного звукозаграждающего элемента для ослабления свободной передачи из него акустической энергии. Тем более, что, как это было уже отмечено выше, предлагаемая по месту зона воздействия (полость ресивера) является зоной высокой концентрации звуковой энергии, генерируемой процессом наполнения цилиндров. При резонансных режимах газ в системе колеблется, как газ в сильно связанных между собой объемах с нарушенным (недостаточным) разделением воздушных объемов (т. е. частично нарушается основная функция ресивера - разделение газодинамических процессов в отдельных цилиндрах с получением улучшенного их наполнения за счет независимого динамического наддува). В данном случае таким предлагаемым элементом улучшения основных функций ресивера является введение в его конструкцию поперечных перегородок 12 из газонепроницаемого металлического или полимерного материала, определенным образом расположенных в объеме ресивера 5, таким образом, что полость ресивера частично разобщается на отдельные резонаторные камеры, число которых равно числу цилиндров, параллельно подключенные к газоводу (штуцеру 9), относительно слабо взаимодействующие между собой посредством связей через отверстия 13 перфорации штуцера 9, играющих роль демпфирующих и звукоотражающих элементов, и в силу газонепроницаемости перегородок 12, дробящих воздушную полость ресивера, и в определенной степени заглушающие шум в заданном частотном диапазоне.

В многоцилиндровом (в рассматриваемом примере - четырехцилиндровом) двигателе внутреннего сгорания в процессе впуска свежего заряда при открывании клапанов 3 в момент перекрытия фаз газораспределения (когда, в зависимости от порядка работы цилиндров двигателя, например по схеме 1-3-4-2 или 1-2-4-3) в одном из цилиндров впускной клапан еще не закрылся, а в это же время в другом (последующем по рабочему циклу согласно порядку работы цилиндров) цилиндре впускной клапан уже открылся, между этими цилиндрами и, соответственно, впускными патрубками 4 и камерами ресивера 5, возникают нежелательные газодинамические и звуковые взаимосвязи и взаимодействия.

В конце текста представлена таблица, схематично иллюстрирующая протекание во времени по углу поворота коленчатого вала двигателя рабочих процессов в четырех цилиндрах двигателя, работающего по схемам 1-4-3-2 (впуск рабочей смеси в цилиндр - сжатие - рабочих ход - выпуск отработавших газов) на протяжении двух полных оборотов коленчатого вала.

В частности, из монографии ДВС. Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А. С. и Круглова М.Г. М.: Машиностроение, 1983, табл. 5, с. 72 известно, что углы перекрытия фаз газораспределения составляют:
- для высокооборотных автомобильных двигателей =30...60^o;
- для дизелей без наддува =20...40^o;
- для дизелей с наддувом =60...140^o;
Из приведенной таблицы видно, что при порядке работы двигателя по схеме 1-3-4-2 между первым и четвертым цилиндрами двигателя, а также между вторым и третьим цилиндрами при последующем осуществлении рабочих циклов не происходит процессов перекрытия фаз, поэтому будучи соединенными (эти цилиндры) с соответствующими камерами А-Г и Б-В ресивера общим газоводом (акустическим волноводом) в виде центрального перфорированного штуцера, они не взаимодействуют между собой, как в волноводе с открытыми и возбуждаемыми одновременно концами. Выполнение торцевых камер А и Г большего объема, в сравнениями с камерами Б и В, целесообразно с точки зрения уменьшения гидросопротивлений впускных индивидуальных трактов первого и четвертого цилиндров и гидросопротивлений впускной системы в целом, за счет ослабления дополнительного трения засасываемого воздуха о прилегающие торцевые стенки.

Выполнение с одинаковыми собственными частотами газовых объемов пар камер ресивера, сообщающимися с цилиндрами и соответствующими впускными патрубками, не следующими друг за другом процессами впуска, позволяет исключить перекрытие фаз впуска между ними (перекрываются фазы только последующих друг за другом процессов впуска в цилиндрах согласно порядка работы 1-3-4-2, например -1 и 3, 3 и 4, 4 и 2, 2 и 1). Таким образом, впускные процессы в цилиндрах 1 и 4, 3 и 2 друг за другом не следуют и, в связи с этим, их фазы не могут перекрываться. Поэтому, несмотря на равенство частот собственных колебаний этих камер (1 и 4, 3 и 2), резонансная связь и взаимодействие между ними исключаются. В сравнении с конструкцией ресивера из четырех камер, где все четыре камеры имеют разные частоты собственных колебаний (т.е. имеется четыре собственные частоты), сведение конструкции к двум парам одинаковых камер (с одинаковыми частотами) позволяет в заданном частотном диапазоне (определяемом конкретным общим объемом полости ресивера в целом) развести собственные частоты между собой друг от друга на большую величину и, тем самым, обеспечить их меньшее взаимодействие, взаимопередачу и взаимовлияние и, таким образом, ослабить динамическую связь между ними в большей степени. Т. е. в первом случае четыре собственные частоты образуют более густой частотный спектр, склонный к взаимному возбуждению, а во втором две собственные частоты - более редкий частотный спектр, в котором частоты разведены на максимальную величину друг от друга в данном частотном диапазоне (находятся вблизи краев диапазона).

Вторым преимуществом использования "редкого спектра собственных частот" является исключение вероятностей появления более частых резонансов, вызванных широкополосным частотным возбуждением впускными импульсами в процессе впуска свежего заряда и совпадением с собственными частотами отдельных элементов впускного тракта.

Поперечные перегородки 12, кроме функции направленного дробления объема полости ресивера, выполняют дополнительную функцию вибродемпферов структурных вибраций и корпусного звука внешней стенки ресивера, особенно если их соединение осуществляется через демпфирующий элемент 14, см. фиг.3, и обеспечивают вибродемпфирование и вибропрочность внутреннему перфорированному штуцеру 9, т.к. вибрации, передаваемые от стенки 6 и торцевых стенок 8 и 11 на перегородки 12 и далее на штуцер 9, в значительной степени гасятся демпфирующим элементом 14.

Суммарная площадь проходных сечений отверстий 13 перфорации стенки штуцера 9 в каждой из камер должна составлять примерно 1,2 площади поперечного проходного сечения штуцера 9 в месте выполнения этого пояса перфорации, что исключает дополнительные гидропотери при всасывании воздуха в данный цилиндр двигателя. На внутренних поверхностях торцевых стенок 8 и 11 ресивера могут быть дополнительно смонтированы прокладки 15 из звукопоглощающего пористого пенистого или волокнистого газопроницаемого металлического материала. Дополнительная плотная облицовка торцевых стенок 8 и 11 пористыми прокладками 15 позволяет дополнительно повысить поглощение воздушного звука и низкочастотных пульсаций в пространстве ресивера и дополнительно приводит к ослаблению структурного возбуждения торцевых стенок 8 и 11 ресивера, предупреждая его переизлучение в виде корпусного звука.

Формула изобретения

1. Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку цилиндров с впускными отверстиями, в которых установлены впускные клапаны, впускные патрубки, отходящие непосредственно от впускных отверстий и выходящие в газосборный ресивер, боковая стенка которого снабжена присоединительными отверстиями для названных патрубков, и установленный вдоль полости ресивера, закрепленный на его торцовой стенке штуцер, выход которого подключен к системе воздухоочистки и топливоподачи двигателя, а входной срез заглушен противоположной торцевой стенкой ресивера, при этом штуцер, по крайней мере, на части своей длины выполнен перфорированным, отличающийся тем, что внутри ресивера смонтированы сплошные поперечные перегородки, разделяющие полость ресивера на четыре автономные камеры, каждая из которых в зависимости от установленного для двигателя порядка работы цилиндров определенным образом сообщается с соответственным впускным патрубком посредством пояса отверстий перфорации в штуцере, при этом собственные частоты газовых объемов двух образованных в ресивере камер равны между собой и отличаются по величине от частот собственных колебаний газовых объемов двух остальных камер, также равных между собой.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что крайние камеры ресивера (прилегающие к его торцевым стенкам) имеют меньшую собственную частоту колебаний заключенного в них газового объема по сравнению с внутренними камерами.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что порядок работы цилиндров двигателя соответствует схеме 1-3-4-2, при этом первый и четвертый цилиндры подключены к камерам ресивера, имеющим меньшую собственную частоту колебаний газового объема, заключенного в названных камерах, а третий и второй цилиндры подключены к двум оставшимся камерам, собственная частота колебаний газового объема в которых больше, чем в первых двух.

4. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что порядок работы цилиндров двигателя соответствует схеме 1-2-4-3, при этом первый и четвертый цилиндры подключены к камерам ресивера, имеющим меньшую собственную частоту колебаний газового объема, заключенного в названных камерах, а второй и третий цилиндры подключены к двум оставшимся камерам, собственная частота колебаний газового объема в которых больше, чем в первых двух.

5. Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях торцевых стенок ресивера смонтированы прокладки из пористого газопроницаемого металлического материала.

6. Двигатель по пп. 1-5, отличающийся тем, что толщины отверстий перфорации в каждой из отдельных камер имеют различную величину.

7. Двигатель по пп. 1-6, отличающийся тем, что поперечные сечения внутренней полости штуцера в отдельных камерах ресивера имеют различную величину.

8. Двигатель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в стыке соединения перегородок с боковой стенкой ресивера установлен вибродемпфирующий газонепроницаемый элемент.

9. Двигатель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что суммарная площадь отверстий перфорации каждого из поясов составляет не менее 1,2 площади проходного сечения штуцера в месте выполнения пояса перфорации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4