ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02M35/14 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в воздухоочистителях для двигателей внутреннего сгорания для снижения уровня шума впуска.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, выполненный в виде кругового цилиндра и днища, снабженных соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса, фильтрующий элемент, а также устройство для гашения пульсаций воздуха в виде резонаторной камеры, сообщенной с горловиной впускной трубы. Кроме того, воздухоочиститель содержит устройство уменьшения излучения звука крышкой, которое выполнено в виде пористого поглотителя, закрепленного на крышке перфорированной сеткой.

К недостаткам этого воздухоочистителя следует отнести то, что кроме роста габаритов конструкции и связанных с этим проблем, устройство работает только на одном скоростном режиме двигателя, когда частота вынужденных пульсаций на впуске совпадает с резонансной частотой. Таким образом, весь остальной скоростной и динамический диапазоны работы двигателя и соответственно пульсации и шум остаются без положительного воздействия резонатора, а эффект наблюдается только в очень узком диапазоне оборотов двигателя.

Применение звукопоглощающей облицовки на внутренней поверхности крышки позволяет в некоторой степени поглотить средне- и высокочастотный звук в камере воздухоочистителя, но ни в коем случае не поглощать низкочастотные пульсации воздуха и низкочастотный звук в камере, так как общеизвестна слабая (практически отсутствующая для облицовок небольших толщин) звукопоглощающая способность ныне существующих звукопоглощающих материалов. В это же время проблема пульсаций и звука на впуске двигателя носит именно ярко выраженный низкочастотный характер. Например, основная рабочая частота пульсаций на впуске для четырехтактного, четырехцилиндрового двигателя в рабочем диапазоне оборотов 1000-6000 мин^-1 будет составлять 33-220 Гц, т.е. такие частоты, которые современные звукопоглощающие материалы практически не поглощают.

В связи с этим возбуждение крышки на низких частотах практически не снижается и она соответственно переизлучает это динамическое возбуждение в виде низкочастотного корпусного звука в окружающую среду. С другой стороны, так как низкочастотные пульсации в камере не подавляются (на скоростных режимах, не совпадающих с режимом работы резонатора), то они (низкочастотные пульсации), передаваясь в воздухозаборный патрубок, трансформируются в соответствующее интенсивное излучение низкочастотного воздушного звука свободным срезом патрубка или горловины.

В качестве прототипа выбран воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с днищем, снабженные соответственно впускным и выпуcкным окнами, выпуклую крышку корпуса, фильтрующий элемент и устройство для гашения пульсаций воздуха, выполненное в виде упругой диафрагмы.

Последовательное подключение к газоводу диафрагмы (а точнее щелевого насадка) влечет рост гидросопротивлений, ухудшает наполнение цилиндров, снижает мощностные, экономические и токсические показатели двигателя. По существу щелевой насадок выполняет роль последовательно подключенной дроссельной шайбы на входе газовода, т.е. имеет место дросселирование газового потока.

Следует отметить и низкую эффективность щелевого насадка в области заграждения передачи звука в полость корпуса на средних и высоких частотах с соответствующим переизлучением его из корпуса через пространство сетки в окружающую среду.

Демпфер пульсаций в известном устройстве представляет собой комбинацию конструкций компенсаторов колебаний сильфонного типа и дросселирующей шайбы.

Цель изобретения снижение шума впуска в широком скоростном режиме работы двигателя, упрощение конструкции воздухоочистителя, уменьшение его габаритов и материалоемкости, снижение гидросопротивлений впускного тракта двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном воздухоочистителе для двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с днищем, снабженные соответственно впускным и выпускным окнами, выпуклую крышку корпуса, фильтрующий элемент и устройство для гашения пульсаций воздуха, выполненное в виде упругой диафрагмы, последняя расположена между полостью крышки и полостью очищенного воздуха корпуса. При таком конструктивном исполнении диафрагма подключена параллельно газоводу, что исключает недостатки прототипа, при этом рассеивание энергии пульсаций воздуха в камере (дополнительно к тому, которое осуществляет сама камера как ресивер), происходит за счет деформаций резиновой диафрагмы и преобразования ее (энергии) в тепловую, вследствие высокого внутреннего трения материала резины.

Дополнительно диафрагма может быть снабжена акустически малыми отверстиями связи полостей крышки и корпуса, которые выполняют роль демпферов при дросселировании через них воздуха и снижают влияние воздушного объема в полости крышки.

Конструктивно резиновая диафрагма может быть приклеена или приформована к верхней плоскости фильтрующего элемента, что дополнительно исключает возможность пропускания пыли в полость очищенного воздуха при механических деформациях крышки.

В конечном итоге, резиновая диафрагма (гаситель пульсаций воздуха в камере воздухоочистителя, распространяющихся при движении цилиндров) позволяет применить камеру воздухоочистителя и воздухозаборный патрубок относительно малых габаритов, что очень важно для современных легковых автомобилей, а также уменьшить излучение наиболее виброактивного элемента крышки воздухоочистителя. Кроме того, увеличивается и звукоизоляция крышки от воздушного звука в камере, так как работают три слоя звукоизоляции: резина воздух металл.

На фиг.1 показан воздухоочиститель с диафрагмой без отверстий; на фиг.2 диафрагма с отверстиями; на фиг.3 и 4 показаны варианты крепления диафрагмы; на фиг.5 показан вариант изготовления фильтрующего элемента с приформованной диафрагмой.

Воздухоочиститель по фиг.1 и 2 содержит корпус 1 с днищем 2, которые соответственно снабжены впускным 3 и выпускным 4 окнами, выпуклую крышку корпуса 5, фильтрующий элемент 6 и устройство для гашения пульсаций воздуха, выполненное в виде упругой диафрагмы 7. Последняя снабжена отверстиями связи 8 полостей 9 и 10 соответственно крышки 5 и корпуса 1.

Дополнительно на фиг.1 показан воздухозаборный патрубок 11 и шпилька 12 крепления крышки 5. На фиг.2 упругий зажим 13 крепления крышки 5 к корпусу 1.

В предлагаемом воздухоочистителе пульсации, передающиеся в камеру воздухоочистителя (в полость 10) в результате перемещения поршней двигателя (не показаны), подавляются двумя путями: за счет упругих деформаций диафрагмы 7 и за счет дросселирования (перетекания) воздуха из полостей 9 и 10 с различными величинами динамических давлений.

Пульсации в выпускном окне 4 вызывают раскачку наиболее податливого элемента воздухоочистителя крышку 5, которая преобразует эти пульсации в корпусной звук, и раскачку столба воздуха, заключенного в патрубке 11, с соответствующим преобразованием пульсаций воздуха в патрубке 11 в излучаемый его свободным срезом воздушный звук.

Введение упругой диафрагмы 7 и отверстий связи 8 в объем камеры позволяет сглаживать (подавлять) эти пульсации, генерируемые окном 4 за счет деформации податливой резиновой диафрагмы и/или дросселирования воздуха через отверстия связи 8 в этой диафрагме 7 из полости 9 в полость 10. Таким образом уменьшается возбуждение крышки 5 с соответствующим уменьшением амплитуды ее колебаний и излучением корпусного звука. Одновременно с этим уменьшается возбуждение объема воздуха, заключенного в тракте воздухоочистителя, что приводит к снижению уровня воздушного звука, излучаемого в атмосферу или окном 3, или (если он есть) свободным срезом патрубка 11.

Массовый расход воздуха в 1 с через впускную систему двигателя ВАЗ рабочим объемом 1,6 л на оборотах двигателя 6000 в 1 мин составляет 6000 об/мин 100 об/с; за 1 оборот осуществляется 2 такта впуска (впуск воздуха в два цилиндра с рабочим объемом 0,4 л каждый), таким образом расход составляет 80 л/с.

При таких значительных величинах расходов большое влияние на величину гидросопротивлений тракта, а соответственно, на мощность, экономичность и токсические показатели двигателя оказывает наличие (или отсутствие) различных геометрических неоднородностей в трассе впускного тракта, обтекаемых всасываемым воздушным потоком. И в связи с этим наличие на крышках воздухоочистителей "шершавых" поглотителей, ребер жесткости, крепежных элементов и т.д. оказывает негативное влияние на отмеченные выше показатели.

Введение "гладкого" направляющего элемента диафрагмы 7, экранирующего сложную геометрическую форму крышки 5, в значительной степени решает эту проблему.

Использование: в двигателестроении, в воздухоочистителях с устройствами для глушения шума всасываемого воздуха. Сущность изобретения: воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с днищем, снабженные соответственно впускным и выпускным окнами, выпуклую крышку корпуса, фильтрующий элемент, устройство для гашения пульсаций воздуха, выполненное в виде упругой, например из резины, диафрагмы, расположенной между полостью крышки и полостью очищенного воздуха корпуса. В диафрагме может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с днищем, снабженные соответственно впускным и выпускным окнами, выпуклую крышку корпуса, фильтрующий элемент и устройство для гашения пульсаций воздуха, выполненное в виде упругой диафрагмы, отличающийся тем, что диафрагма расположена между полостью крышки и полостью очищенного воздуха корпуса. 2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что диафрагма снабжена по меньшей мере одним отверстием. 3. Воздухоочиститель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что диафрагма выполнена из резины.