ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК F02F7/00 F01P1/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, в частности, к корпусным деталям двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающим эффективный теплоотводящий, антивибрационный и антишумовой эффект.

Известны двигатели внутреннего сгорания (далее ДВС) с уменьшенным излучением шума от вибрирующих поверхностей корпуса ДВС, в частности, блока и головки цилиндров, блок-картера, масляного поддона и, в первую очередь, от элементов воздушного радиатора в виде оребрения блока и головки цилиндров с развитой структурой тонкостенных ребер охлаждения цилиндров, представляющих собой длинные и тонкие консольно защемленные балочные конструкции, воспринимающие значительные динамические и термические нагрузки, в результате которых возникают их интенсивные изгибные колебания, трансформирующиеся в соответствующее звуковое (шумовое) излучение. В процессе совершения изгибных колебаний ребрами радиатора динамически возбуждаются пристеночные столбы воздуха, находящихся в межреберном и околореберном пространстве, в виде распространения в открытое пространство упругих звуковых волн.

На практике нашли применение в основном два направления уменьшения этого звукового излучения от радиаторных элементов ДВС с воздушным охлаждением.

Во-первых, это снижение динамических деформаций ребер охлаждения за счет их демпфирования специальными вибропоглощающими элементами типа специальных таблеток из резины, устанавливаемых в поджатом состоянии в межреберные промежутки радиатора (Сборник трудов МАДИ, Москва, выпуск 178, год выпуска 1979, с. 170), или, во-вторых демпфирование колебаний ребер специальными вибропоглощающими кожухами, охватывающими вершины ребер радиатора специальными эластичными прокладками, стянутыми металлическими бандажами, (авт. свид. СССР NN 808677, 981644 и 1008478, все по кл. F 02 F 7/00, заявку ФРГ N 3038502, кл. F 02 B 77/13, от 30.09.81, патент США N 4222360, кл. F 02 F 7/00, публ. 16.09.80).

Указанные выше устройства типа вибропоглощающих резиновых таблеток обладают рядом существенных технологических, конструктивных и эксплуатационных недостатков низкая технологичность, высокая надежность ввиду быстрой потери упругих и демпфирующих свойств резины под воздействием высоких температур и выпадания таблеток, ухудшение процесса теплообмена ввиду ухудшения обдува ребер и теплоизоляционных свойств таблеток.

Аналогичными недостатками обладают и вибропоглощающие кожухи, содержащие резиновую прослойку, контактирующую с высокотемпературными вершинами ребер. Это, в частности, видно из авт. свид. СССР N 981644, которое предусматривает специальный разъем с регулируемой стяжкой и упругим компенсатором для компенсации как неточностей изготовления ребер, длины бандажа, толщины и эластичности прокладки, так и усадки резины в процессе эксплуатации.

С акустической точки зрения указанные свойства снижения шума, уменьшая излучаемый средне- и высокочастотный шум как за счет демпфирования изгибных колебаний ребер, так и за счет обеспечения определенного звукоизолирующего экранного воздействия кожуха на энергию, излучаемую двигателем под пространством звуковой энергии, генерируемой непосредственно телом кожуха, как монолитным колпаком, подпружиненным резиновой прослойкой. Таким образом, в низкочастотной области спектра возникает интенсивный излучатель поршневого типа.

Известны также и звукоизолирующие кожухи ДВС воздушного охлаждения, охватывающие его корпус с некоторым зазором, заявка ФРГ N 3307752, кл. F 02 B 77/13, опубл. 06.09.84, заявка ФРГ N 4237513, кл. G 10 K 11/16, опубл. 11.05.94, в которых внутренняя поверхность отдельных элементов кожуха, и в первую очередь на входе и выходе каналов подачи охлаждающего воздуха установлены шумопоглощающие накладки из волокнистых или пенистых звукопоглощающих материалов.

Недостатками таких устройств являются их весьма ограниченная эффективность, ухудшение теплосъема с поверхности ребер охлаждения ввиду ухудшения вентиляции пространства под кожухом, улучшенной герметичности и специально введенными поворотами воздуховпускных и воздуховыпускных каналов, облицованных шумопоглощающим материалом, возбуждение структуры кожуха вибрационными и звуковыми полями от корпуса капотируемого двигателя и вследствие этого излучение звука кожухом, как излучателем вторичного типа.

Известны также воздухопроницаемые металлические пористые сетчатые материалы (ПСМ) в виде спеченных между собой металлических сеток и материалы типа металлической резины (МР), получаемой путем холодного прессования заготовки из проволочной спирали, которые применяются в качестве отдельных элементов шумоизолирующего кожуха автомобильного ДВС, авт. свид. СССР N 985354 кл. F 01 P 11/12, публ. 30.12.82, авт. свид. СССР N 1617164, кл. F 01 P 11/12, публ. 30.12.90,
Применение указанных воздухопроницаемых элементов в конструкциях звукоизолирующих кожухов позволяет обеспечивать эффект поглощения звука излучаемого двигателем и улучшения вентилируемости пространства под кожухом.

К недостаткам указанных устройств следует отнести неиспользование самой структуры ПСМ или МР в виде дополнительного теплоотводящего и теплорассеивающего элемента путем его жесткого замыкания на охлаждающие элементы радиатора и неиспользование высоких демпфирующих свойств этих материалов для преобразования вибрационной энергии наиболее динамически податливых и шумоактивных элементов ребер в тепловую в процессе сухого трения в структуре ПСМ или МР, нагружаемой изгибными деформациями ребер охлаждения. При этом, в отличие от резиновых вибродемпфирующих рассеивателей вибрационной энергии типа уже упомянутых в авт. свид. СССР N 808677, 1008478, заявке ФРГ N 3038502 и патенте США N 4222360, воздействие высоких температур не снижает эффективности работы таких вибропоглощающих конструкций.

В качестве прототипа выбран двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, описанный в авт. свид. СССР N 808655, кл. F 02 F 7/00, публ. 28.02.81, содержащий оребренный цилиндр с оребренной головкой и звукоизолирующий кожух, упруго охватывающий наружные кромки ребер головки и цилиндра. При этом, между вершинами ребер и кожухом по всей его длине установлена вибропоглощающая резиновая прокладка постоянной толщины. Кожух и прокладка выполнены из двух частей, закрепленных на картере и между собой.

Как уже отмечалось выше, такое устройство малоэффективно в области низких частот, т. к. в данном случае кожух становится интенсивным излучателем поршневого типа. При эксплуатации, под воздействием высоких температур, резина дает усадку, теряет свои упругие свойства. Наблюдается существенное ухудшение прямых функций ребер, ввиду низкой теплопроводности резины и снижения вентилируемости пространства под кожухом, из-за газонепроницаемости резины и самого кожуха.

Цель изобретения улучшение вибропоглощения энергии колеблющихся ребер охлаждения цилиндров в условиях высоких температур и длительных периодах эксплуатации, без снижения эффективности вибропоглощения, улучшение теплосъема с ребер охлаждения за счет эффективного подключения воздухопроницаемой (воздухопродуваемой) пористой структуры кожуха к контактным зонам ребер и снижение гидравлического сопротивления тракта охлаждения при проталкивании воздуха через тракт вентиляторной установкой, достижение эффективного звукопоглощения в условиях высокотемпературного нагружения, исключение переизлучения низкочастотного звука.

Техническая задача решена путем применения структуры материала кожуха со специфическими физико-механическими свойствами, при одновременном упрощении конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном двигателе внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, содержащем, по крайней мере, один оребренный цилиндр с оребренной головкой и звукоизолирующий кожух, упруго охватывающий наружные кромки ребер головки и цилиндра, названный кожух выполнен из обладающего высокой теплопроводностью, пористого, газопроницаемого вибро- шумодемпфирующего материала, формообразованного из хаотического или ориентированного набора спрессованных между собой тонких металлических волокон. В частности, кожух может быть выполнен из пористого сетчатого материала или металлорезины. Стенки кожуха могут иметь форму пластины, или иметь выпукло-вогнутую форму.

При таком конструктивном исполнении структура кожуха из ПСМ или МР является слабоизлучающей звук, так как она является пористой и колебания структуры кожуха не способны динамично раскачивать прилегающий столб воздуха, ввиду его просасывания через пористую структуру (эффект короткого акустического замыкания). Сама структура кожух из ПСМ или МР улучшает теплосъем с корпуса ДВС за счет подключения дополнительной воздухопроницаемой и продуваемой вентиляционной установкой, нагнетающей воздух под кожух с хорошей теплопроводностью металлической структуры. При этом, общая поверхность теплосъема многократно возрастает. Наконец структура кожуха из ПСМ или МР не способна генерировать низкочастотную звуковую энергию, вследствие перетекания воздуха через поры колеблющейся структуры кожуха.

На фиг. 1 показан охваченный звукоизолирующим кожухом двигатель внутреннего сгорания воздушного охлаждения, на фиг. 2 и 3 структура кожуха из ПСМ и МР, на фиг. 4 и 5 возможные варианты конструктивного исполнения стенок кожуха, на фиг. 6 двигатель в изометрии.

ДВС по фиг. 1 содержит закрепленный на картере 1 цилиндр 2 с ребрами 3 охлаждения, головку 4 с аналогичными ребрами 5 охлаждения и звукоизолирующий кожух 6, упруго охватывающий наружные кромки ребер 3 и 5 соответственно цилиндра 2 и головки 4. Кожух 6 выполнен из обладающего высокой теплопроводностью, пористого, газопроницаемого, вибро- и шумодемпфирующего материала, формообразованного из хаотического или ориентированного набора спрессованных между собой тонких металлических волокон, например, это может быть металлорезина, пористый сетчатый материал (фиг. 2 и 3).

Стенки кожуха 6 могут иметь плоскую, вогнутую, выпуклую, или выпукло-вогнутую форму (фиг. 4 и 5).

Полость под кожухом 6 может принудительно вентилироваться крыльчаткой 7 вентилятора (фиг. 6). Но, например, в мотоцикле, нет необходимости в применении принудительного вентилятора, где продувание структуры пористого кожуха осуществляется набегающим воздушным потоком.

Работает двигатель обычным образом. При этом, структура кожуха 6 из пористого сетчатого материала или металлорезины является слабоизлучающей звук, так как она является пористой и поэтому колебания структуры кожуха 6 не способны динамично раскачивать прилегающий столб воздуха, ввиду его просасывания через пористость структуры. Иными словами, имеет место эффект короткого акустического замыкания. При этом структура кожуха из пористого сетчатого материала или металлорезины улучшает теплосъем с корпуса ДВС, за счет многократного увеличения поверхности теплосъема металлической структуры кожуха 6 и принудительной вентиляции полости под кожухом крыльчаткой 7 вентиляционной установки. Улучшение вентилируемости достигается и за счет снижения гидравлического сопротивления в тракте нагнетания воздуха и проталкивания его на выход из полости кожуха 6, ввиду частичного его выхода через воздухопроницаемые поры структуры кожуха. Кроме того, кожух из пористого сетчатого материала или металлорезины не способен генерировать низкочастотную звуковую энергию, из-за перетекания воздуха через поры колеблющейся структуры кожуха 6.

В отличие от кожухов, выполненных из плотных материалов (сплошной стальной лист, резина), обеспечивающих эффект звукоизоляции без существенного звукопоглощения, предлагаемый кожух, выполненный из пористой структуры, обеспечивает эффект звукопоглощения для для энергии как под кожухом, так и вне кожуха (для источников шума незакапсулированных кожухом).

Предлагаемый двигатель может найти применение в качестве силового энергетического агрегата транспортных средств и стационарных установок, в частности, в автомобилях, тракторах, мотоциклах, в специальном дорожном и строительном транспорте, грузоподъемном автотранспорте и др.

Использование: в машиностроении, а именно в двигателестроении, в частности, в корпусных деталях двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, содержащий, по крайней мере, один оребренный цилиндр с оребренной головкой и звукоизолирующий кожух, упруго охватывающий наружные кромки ребер головки и цилиндра, кожух выполнен из обладающего высокой теплопроводностью, пористостью, газопроницаемостью, вибро-, и шумодемпфирующего материала, формообразованного из хоатического или ориентированного набора спрессованных между собой тонких металлических волокон. Кроме того, кожух может быть выполнен из пористого сетчатого материала, а стенки имеют выпуклую и/или вогнутую форму. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, содержащий по крайней мере один оребренный цилиндр с оребренной головкой и звукоизолирующий кожух, упруго охватывающий наружные кромки ребер головки и цилиндра, отличающийся тем, что названный кожух выполнен из обладающего высокой теплопроводностью, пористого, газопроницаемого, вибро-шумодемпфирующего материала, формообразованного из хаотического или ориентированного набора спрессованных между собой тонких металлических волокон. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что кожух выполнен из пористого сетчатого материала. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что стенки кожуха имеют выпуклую и/или вогнутую форму.