МАСЛЯНЫЙ ПОДДОН ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02F7/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к корпусным деталям двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Как правило масляный поддон ДВС выполняется в виде единой детали - литой, воспринимающей часть нагрузок, деформирующих нижнюю часть блока цилиндров (блок-картер) и увеличивающих его (блок-картера) жесткость, или легкой тонкостенной цельноштампованной детали из листовой стали, закрепленной через уплотнительную прокладку к блок-картеру двигателя и динамически легкодеформируемой в зоне присоединения к монтажной зоне блок-картера. Конструкции масляных поддонов (МП), являющиеся сборниками масла, должны удовлетворять по крайней мере двум основным требованиям: хорошим теплоотводом наружной поверхности для охлаждения масла и малым уровнем шума, излучаемым вибрирующими стенками поддона в окружающую среду (низким корпусным звуком).

Известен масляный поддон ДВС ВАЗ-2108, Вершигора В.А. и др. Автомобиль ВАЗ-2108. М. , ДОСААФ СССР, 1986, с. 67, рис. 32, поз. 20, который представляет собой однослойную тонкостенную, цельноштампованную из металлического листа деталь, снабженную фланцем крепления к блоку цилиндров ДВС. Картер имеет необходимую площадь поверхности теплосъема, а внутри его полости содержится моторное масло.

Конструкция описанного масляного поддона обеспечивает достаточно эффективный теплоотвод, однако подверженный сильным вибрационным воздействиям, динамически деформируемый, колеблющийся тонкостенный металлический поддон, имеющий развитую поверхность, является достаточно эффективным излучателем звуковой энергии в окружающую среду, что является его существенным конструктивным недостатком.

Этот недостаток частично устраняется в техническом решении, описанном в заявке Франции 2398887, кл. F 02 F 11/00, опублик. 13.03.79, где поддон крепится к блок-картеру через специальные промежуточные эластичные виброизолирующие элементы, частично ослабляющие динамическое возбуждение стенок и соответственно уменьшающие излучаемый поддоном структурный звук.

Однако конструктивно - это достаточно сложное решение, увеличивающее материалоемкость и номенклатуру изделия, при недостаточно эффективном подавлении корпусного звука, вследствие ограниченных виброизолирующих качеств эластичных элементов и потери этих качеств в процессе эксплуатации из-за воздействия высокотемпературных и динамических нагрузок.

Из заявки Японии 63-18019, кл. F 02 F 7/00, опублик. 15.04.88, БИ 5-451, известен масляный картер, выполненный из композиционного трехслойного материала металл-пластик-металл (МПМ). Благодаря достаточно высоким вибродемпфирующим свойствам углеродных нитей и упруговязким свойствам пластикового слоя с низкой температурой размягчения обеспечивается рассеивание энергии вибраций и снижение корпусного шума ДВС в области средних и высоких частот звукового спектра.

Являясь эффективным в точки зрения улучшения шумовибродемпфирующих качеств, материал МПМ в это же время является достаточно дорогим в изготовлении, технологически плохо подвержен глубокой вытяжке (известные трудности имеют место в производстве масляных поддонов), что может увеличивать количество брака при изготовлении поддонов из МПМ, а также обладает ухудшенным теплоотводом, вследствие наличия в материале изоляционного пластикового слоя, что либо вынуждает применять или увеличивать производительность масляного радиатора, либо использовать дополнительные средства для охлаждения моторного масла, например направленный интенсивный принудительный обдув поддона.

Известны многочисленные технические решения, в которых в той или иной мере одновременно решаются обе обозначенные проблемы, в частности это улучшение теплоотвода от стенок поддона и уменьшение вибровозбудимости стенок поддона и, таким образом, снижение корпусного шума излучаемого масляным картером в окружающую среду. В частности, для уменьшения вибровозбудимости применяют различного рода упоры-демпферы и усиливающие элементы, см. заявку Германии 4027242, кл. F 02 B 77/13, опублик. 05.03.92, ЕПВ 0497753, кл. F 02 F 7/00, опублик. 05.08.92, заявку Японии 63-61757, кл. F 02 F 1/00, опублик. 17.03.88. Либо панель поддона снабжают специальными ребрами жесткости, как это известно из заявки Японии 1-247746, кл. F 02 F 7/00, опублик. 03.10.89, или в авт. св. СССР 1083923. В техническом решении по заявке Японии 63-21010, кл. F 02 B 77/13, опублик. 16.06.80, дно масляного картера выполнено из двух, размещенных с зазором и виброизолированных друг от друга панелей (стенок).

Однако описанные технические решения достаточно сложны и материалоемки.

Известно устройство уменьшения шума масляного поддона ДВС, заявка Японии 3-25630, кл. F 02 F 7/00, опублик. 08.04.91, содержащее прорези, выполненные в боковых стенках поддона, прикрепленного к нижней части блок-картера ДВС. В прорезях смонтированы специальные упругие элементы. Отличительной особенностью указанного технического решения является то, что между соседними прорезями выполнены ребра, вытянутые от поверхности крепления поддона до его днища. Такая конструкция обеспечивает повышение изгибной жесткости стенок поддона и, как следствие, снижение его виброактивности и уменьшение корпусного звука.

Дальнейшим совершенствованием описанного выше устройства является техническое решение, описанное в заявке Японии 3-48338, кл. F 02 B 77/13, опублик. 24.07.91, в котором на упругих элементах с обеих сторон сквозных отверстий (прорезей) выполнены выпуклые участки. Кроме того, устройство содержит прижимы, которые, благодаря создаваемому ими давлению на боковые поверхности упругих элементов, прижимают участки к боковой кромке кожуха. Устройство характеризуется достаточной простотой монтажа упругих элементов и обеспечивает надежное уплотнение.

Однако и в этих технических решениях вибрации от сопрягающейся зоны блок-картера двигателя передаются недостаточно ослабленными на присоединительную донную часть масляного картера, что прямо влияет на усилие излучения корпусного шума.

Известен масляный поддон блок-картера ДВС разъемного типа, описанный в заявке Германии 4242513, кл. F 02 F 7/00, опублик. 23.06.94, выполненный в виде двух, соединенных между собой деталей, одна из которых представляет собой донную часть поддона, а другая - верхнюю часть, посредством которой поддон крепится к блок-картеру двигателя. В плоскости разъема донной и верхней частей установлен кассетный масляный фильтр, который наряду со своей прямой функцией (очистки масла) дополнительно способствует и некоторому демпфированию вибраций структуры поддона и газовых пульсаций в пространстве поддона, что в некоторой степени позволяет уменьшить его виброактивность и корпусный звук.

Однако этому техническому решению свойственны в той или иной степени уже отмеченные выше конструктивные, технологические и эксплуатационные недостатки. В частности, это повышенная вибровозбудимость структуры поддона и передача соответствующего структурного шума в окружающую среду, ввиду недостаточной демпфирующей способности данной конструкции кассетного масляного фильтра, выполняющего иную функцию.

В качестве прототипа выбран масляный поддон двигателя ВАЗ-2121, см. Вершигора В.А. и др., Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива". - М.: Транспорт, 1980, с. 6-7, рис. 2-3, выполненный в виде единой тонколистовой корытообразной детали, герметично закрепленной на блок-картере двигателя. Функционально поддон содержит донную, в которой размещено моторное масло, и присоединительную части, а также пластинчатый успокоитель, размещенный между названными частями и позволяющий уменьшить разбрызгивание и вспенивание масла. Кроме того, успокоитель увеличивает жесткость корытообразной детали поддона, что в некоторой степени уменьшает излучение этой деталью структурного шума.

Цель изобретения - снижение шума, излучаемого структурой поддона в окружающую среду, при одновременном обеспечении охлаждения смазывающего масла путем эффективного теплоотвода от стенок поддона, улучшение работы системы вентиляции картера, а также обеспечение простоты и высокой технологичности конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном МП, выполненном в виде единой тонколистовой корытообразной детали, содержащей донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель, последний выполнен из виброшумодемпфирующего газопроницаемого материала, например, пористого сетчатого материала (ПСМ), металлорезины, катодной меди и других аналогичных материалов, при этом его периферийные зоны выполнены в виде фланцев, имеющих форму встречной поверхности корытообразной детали, посредством которых он на ней неразъемно закреплен. Не прилегающая к поверхности поддона часть пластины успокоителя может быть частично снабжена сквозными отверстиями перфорации.

При таком конструктивном исполнении верхняя присоединительная часть поддона, как самая динамически нагруженная, за счет крепления на ней успокоителя, выполненного из композитного материала ПСМ (обладающего высокой шумовибродемпфирующей способностью) становится в сильной степени виброшумозадемпфированной. Донная часть поддона заполнена и частично задемпфирована в свою очередь находящимся в ней маслом и, в этой связи, достаточно слабо излучает шум. Этому дополнительно способствует в первую очередь незначительная передача вибраций от присоединительной части на донную часть от боковой части блок-картера двигателя, поскольку присоединительная часть и успокоитель (в данном случае - вибродемпфирующий элемент), установленный в зоне перехода донной части в присоединительную часть, значительно ослабляет вибрационный поток, передающийся от блок-картера двигателя к донной части картера (демпфирует структурные вибрации стенок масляного поддона). Газовые пульсации и упругие звуковые волны, распространяющиеся в замкнутую полость масляного поддона со стороны блок-картера двигателя, будут поглощаться пористой газопроницаемой структурой успокоителя из ПСМ и, таким образом, будет осуществляться дополнительное снижение корпусного шума (ослабление динамического возбуждения стенок поддона с соответствующим снижением излучения или корпусного звука). Другим существенным положительным эффектом является улучшение функционирования системы вентиляции картера, вследствие подавления пульсаций газа газопроницаемой структурой успокоителя, что благоприятно сказывается на величине массового расхода картерных газов через систему. Одновременно с этим, тонкий металлический лист, из которого изготовлена донная часть и в которой находится разогретое моторное масло, эффективно отводит тепло в окружающую среду, особенно при преднамеренно организованном обдуве его встречным направленным воздушным потоком, что по крайней мере в легковых автомобилях может быть специально предусмотрено.

Крепление успокоителя в поддоне осуществляется разъемным, путем поджатия через прокладку к блок-картеру ДВС, или неразъемным способом, например, точечной сваркой, специальным клеем и т.п. непосредственно к масляному поддону.

Фланец успокоителя может быть выполнен сплошным, или иметь прерывистую форму, например форму гребенки. Крепление фланцев может осуществляться по всей длине периметра корытообразной детали в месте размещения фланцев, или только на части этой длины.

На фиг. 1 показана часть блок-картера двигателя, на которой закреплен масляный поддон: на фиг. 2 - вид сверху на успокоитель; на фиг. 3 - фрагмент сечения пластины успокоителя; на фиг. 4 - фрагмент перфорированного участка успокоителя.

Масляный поддон закреплен на блок- картере 1 ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой детали, включающей донную 2 и присоединительную 3 части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель 4. Последний выполнен из виброшумодемпфирующего газопроницаемого материала, например пористого сетчатого материала (ПСМ) или металлорезины ("Сойферит"), при этом его периферийные зоны выполнены в виде фланцев 5, имеющих форму встречной поверхности корытообразной детали поддона, посредством которых он на ней неразъемно соединен, в частности точечной сваркой. Дополнительно часть пластины успокоителя 4, не примыкающая к поддону, снабжена сквозными отверстиями 6 перфорации.

Динамические процессы в ходе реализации рабочих процессов в ДВС в виде газовых сил, неуравновешенных сил и моментов инерции кривошипно-шатунного механизма вызывают динамические деформации блок-картера 1 ДВС, с соответствующим возбуждением и передачей колебательных процессов и изгибных динамических деформаций в присоединенных к нему корпусных деталях и смонтированных навесных узлах ДВС, с соответствующим переизлучением этой колебательной энергии в энергию упругих звуковых волн, излучаемых в окружающую среду в виде корпусного звука, являющегося нежелательным шумовым загрязнением окружающей среды.

С другой стороны, замкнутая полость, образуемая блок-картером двигателя и масляным поддоном, динамически возбуждается газовыми пульсациями картерных газов, прорывающихся из надпоршневого пространства кривошипно-шатунного механизма и пульсациями газового объема, вследствие возвратно-поступательного движения поршней ДВС.

В предлагаемом масляном поддоне значительная часть вибрационной энергии преобразуется в тепловую, а не в звуковую, за счет эффективного демпфирования потока вибраций от блок-картера 1, пластина успокоителя 4 которого выполнена из высокоэффективного шумовибродемпфирующего материала ПСМ. Более того, за счет использования пластинчатого успокоителя 4 из виброшумодемпфирующего материала (пористого или прессованного сетчатого материала), обладающего свойствами газопроницания и звукопоглощения воздушных звуковых волн и рассеивания энергии газовых пульсаций, удается дополнительно поглотить звуковую энергию, передающуюся воздушным путем из зоны блок-картера в замкнутое пространство масляного поддона, что, таким образом, дополнительно уменьшает шум, излучаемый стенками масляного поддона. Т.е. пластина успокоителя 4 начинает помимо своей основной функции (предотвращение взбалтывания и вспенивания масла, выполнять попутно еще одну полезную функцию - активной фрикции глушителя шума. Одновременно с этим, в варианте наличия в пластине успокоителя 4 отверстий, перфорация может дополнительно регулировать степень демпфирования газовых пульсаций, что благоприятно сказывается на работе системы вентиляции картера двигателя.

Используемый в качестве конструктивного материал ПСМ позволяет обеспечить эффективное вибродемпфирование структурных изгибных вибраций листовых тонкостенных конструкций и соответствующее подавление корпусного звука этой жесткой структурой (деталью поддона) за счет преобразования механической вибрационной энергии, связанной с изгибными деформациями структуры успокоителя, в тепловую энергию, выделяемую во внутреннем волокнистом или сетчатом слое ПСМ в процессе изгибных деформаций этой пористой структуры и трения пульсирующего газового и звукового потока в пористой и перфорированной структуре успокоителя.

Донная часть 2 более слабо подвержена вибрационному и шумовому возбуждению, поскольку находящееся внутри донной части 2 масло одновременно частично выполняет функцию вибродемпфирования, и на нее передается уже ослабленный поток вибрационной энергии присоединительной частью и ослабленный поток звуковой энергии от воздействия газопроницаемой структуры успокоителя из ПСМ. Одновременно с этим, донная часть 2, выполненная из тонкого металлического листа, эффективно отводит тепло от своих стенок, уменьшая температуру масла в поддоне.

Таким образом, применение достаточно конструктивно простого и высокотехнологичного технического решения позволяет эффективно решать одновременно две противоречивые проблемы в двигателестроении, а именно - снижение шума двигателя и автомобиля в целом и улучшение его эксплуатационных качеств за счет обеспечения эффективного теплоотвода от элементов, нуждающихся в принудительном охлаждении, и улучшения работы системы вентиляции картера ДВС.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в корпусных деталях ДВС. Масляный поддон закреплен на блок-картере ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой корытообразной детали, включающей донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель. Успокоитель выполнен из шумовибродемпфирующего газопроницаемого материала, например , пористого сетчатого материала, при этом его периферийные зоны выполнены в виде фланцев, имеющих форму встречной поверхности корытообразной детали, посредством которых он на ней закреплен. Изобретение позволяет снизить шум двигателя и автомобиля и улучшить его эксплуатационные качества. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Масляный поддон двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде тонколистовой корытообразной детали, содержащей донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель, отличающийся тем, что успокоитель выполнен из виброшумодемпфирующего газопроницаемого материала, при этом его периферийные зоны выполнены в виде фланцев, имеющих форму встречной поверхности корытообразной детали, посредством которых он на ней закреплен. 2. Поддон по п.1, отличающийся тем, что успокоитель выполнен из пористого сетчатого материала. 3. Поддон по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в пластине успокоителя выполнены сквозные отверстия перфорации.