ПРИВОД ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02B77/13 F02B67/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к механизмам газораспределения (ГРМ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно с цепным приводом.

При осуществлении рабочих процессов в ДВС коленчатый вал двигателя, на котором жестко закреплен ведущий шкив (звездочка), посредством приводной бесконечной связи (ремень, цепь) кинематически взаимодействует с приводным шкивом (звездочкой), который жестко закреплен на приводном распределительном валу (кулачковом, золотниковом) и приводит таким образом во вращательное движение распределительный вал с соответствующими элементами механизма газораспределения, обеспечивающими процессы наполнения цилиндров свежей топливо-воздушной смесью и отвод из цилиндров отработавших газов.

Проблема заключается в том, что вращающиеся валы и движущаяся приводная связь (особенно цепь) являются интенсивными источниками шума, вызванного ударными импульсными нагрузками в процессе зацепления зубьев звездочек со звеньями цепи, что приводит к генерированию вибрационных импульсов в элементах привода и соответственно к их передаче на присоединенные корпусные детали ДВС и излучению их поверхностными структурами в виде звуковой энергии в окружающую среду. Одновременно с этим движущиеся с высокими скоростями элементы привода ГРМ возбуждают окружающую их упругую газовую среду, что приводит к возникновению аэродинамического шума. Особенно интенсивное излучение шума происходит при изменении рабочих скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя (например, при резком повышении нагрузки, числа оборотов двигателя, при переключении передач, торможении, трогании с места и пр.). Именно в это время, со стороны приводного (коленчатого) вала на приводную связь (цепь) передаются мощные возмущающие импульсы, связанные с неравномерностями и колебаниями крутящего момента и крутильными колебаниями, приводящими к интенсивным вибрациям как приводной связи, так и элементов привода и, в итоге, значительному росту звуковой энергии, излучаемой в окружающую среду присоединенными к приводу зонами корпуса двигателя.

В какой-то степени, ослабить вибрации в цепных передачах удается путем введения в них специальных успокоительных демпфирующих элементов. В частности, это могут быть специальные устройства - натяжители, автоматически поддерживающие оптимальное натяжение цепи, и/или успокоители, находящиеся в постоянном (безотрывном) контакте с движущейся цепью и ограничивающие таким образом чрезмерные виброперемещения ветвей привода, или другие специальные устройства. Например, в заявке Японии (JP)A N 1-30960, класс F 16 H 7/18, публ. 02.01.89 между ведущей и ведомой звездочками введена дополнительная звездочка, находящаяся в зацеплении с роликовой замкнутой цепью и создающая заданное натяжение цепи. Под воздействием этой натяжной звездочки цепь отклоняется от положения, в котором она находилась бы, если бы к ней не прикладывалась дополнительная нагрузка. При такой конструкции цепного привода ослабляются вибрации, вследствие ограничения виброперемещений приводных ветвей, возникающие во время его работы.

В заявке Японии (JP)B N 63-3185, класс F 16 H 7/18, публ. 22.01.88, средством, ослабляющим вибрации цепи, является специальная направляющая, содержащая корпус из листового материала, примыкающий к цепи, в средней части которого выполнен желобок с дном и двумя бортами, которые и ограничивают вибрацию цепи.

В патенте США N 4869708, класс F 16 H 7/18, публ. 26.09.89, ветви цепи, размещенные между звездочками, плотно охвачены специальным пластмассовым корпусом, который выполняет функцию ограничителя и успокоителя.

Однако меры, предпринимаемые для снижения шума ГРМ в описанных выше источниках информации, носят ограниченный характер и поэтому, как правило, недостаточны для эффективного и комплексного решения обозначенной проблемы.

Для более полного решения задачи снижения шума ГРМ, наряду с описанными выше мероприятиями, известно применение шумоизолирующих кожухов, охватывающих пространство со всеми элементами привода ГРМ закрепленными на торцевой части ДВС. Одна из конструкций такого кожуха описана в авторском свидетельстве СССР N 1346832, класс F 02 B 77/13, публ. 23.10.87. Кожух выполнен в виде тонкостенной, корытообразной детали, охватывающей элементы ГРМ и, поэтому, имеет значительную площадь поверхности. Вентиляция полости кожуха осуществляется через специальные отверстия, причем последние выполнены вблизи зон виброскоростей колебаний лицевой панели кожуха и соответственно вблизи зон узлов давлений низших собственных форм воздушного объема, размещенного под кожухом, что предотвращает интенсивное "звучание" лицевой панели кожуха, вследствие акустического короткого замыкания между лицевой и обратной сторонами вибрирующей лицевой стенки через вентиляционные отверстия за счет оптимального, с акустической точки зрения, расположения отверстий на кожухе. Кроме того, предотвращается "высвечивание" звука из объема под кожухом, которое является наиболее интенсивным на резонансных частотах воздушного объема (на его низших резонансных формах), вследствие оптимального расположения отверстий - в узлах низших форм давлений воздушного объема, т. е. в зонах, где звука "не слышно".

Однако эффективность этой конструкции кожуха обеспечивается в достаточно узком температурном, динамическом и частотном диапазоне, поэтому и применение кожуха ограничено низкошумными ременными приводами ГРМ, где он вполне оправдывает свое назначение, т. к. этой ограниченной эффективности вполне достаточно.

Более проблематичным представляется решение задачи повышения звукоизоляции пространства привода ГРМ с более шумным цепным приводом, который на современных автомобильных ДВС имеет широкое распространение и который, в связи с этим, требует использования более эффективных шумозаглушающих устройств.

В качестве прототипа выбран звукоизолирующий кожух привода механизма газораспределения ДВС, заявка Японии (JP)A N 1-247719, класс F 02 B 77/13, публ. 03.10.89, который имеет коробчатую форму (U-образное поперечное сечение), внешняя панель которого примерно параллельна торцу двигателя, на котором кожух закреплен посредством фланцев, имеющихся на боковой поверхности кожуха. Во внешней панели кожуха выполняют круглое, примерно прямоугольное и полукруглое отверстия, которые затем инжекционным прессованием герметично закрываются мягким пластиком. Аналогичным образом мягкий пластик наносится и на поверхность присоединительных фланцев. Этим ограничивают возникновение интенсивных вибраций стенок кожуха, т.к. обеспечивается повышенная виброизоляция структуры кожуха и непосредственное демпфирование стенки кожуха. Достоинством прототипа перед описанным выше аналогом является то, что в прототипе звукоизолирующий элемент кожуха ГРМ обеспечивает снижение шума в более широком частотном и динамическом диапазоне. Однако и здесь эффективность снижения шума может оказаться недостаточно высокой, что обусловлено значительной площадью поверхности коробчатого тонкостенного кожуха, подверженного вибрационному возбуждению с одной стороны, а с другой стороны - применением достаточно виброактивных, легко возбуждаемых и с хорошей вибропроводностью материалов (металл, пластик), составляющих конструкцию кожуха в целом. И если поток вибраций от стенки корпуса двигателя передается на панели кожуха привода ГРМ частично ослабленным, из-за наличия в месте сопряжения присоединительных фланцев к корпусу двигателя демпфирующего состава, то газодинамические резонансные процессы, происходящие в развитом объеме тонкостенного кожуха, легко вызывают возбуждение его тонкостенной и виброшумовозбудимой структуры, с соответствующим излучением звуковой энергии в окружающую среду.

Задача изобретения - снижение шума привода газораспределения ДВС.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном приводе газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, содержащем, в частности, ведущий и ведомый валы (коленчатый вал и кулачковый распределительный вал привода ГРМ), на которых жестко закреплены приводные элементы (звездочки), кинематически соединенные замкнутой приводной связью (цепью) и охваченные звукоизолирующим кожухом, последний выполнен из газопроницаемого, шумовибродемпфирующего, пористого (сетчатого, волокнистого) металлического материала. В одном из возможных вариантов кожух имеет замкнутую, желобообразную форму, при этом образуемые им туннели, которые охватывают свободные ветви цепи (ремня), сходятся в расширяющихся полостях, в которых размещены звездочки (шкивы). В другом из возможных вариантов кожух выполнен в виде по крайней мере одного цилиндрического колпака, охватывающего соответствующую звездочку и снабженного окнами для прохождения набегающей и сбегающей частей цепи (ремня). Дополнительно в предлагаемом приводе газораспределительного механизма ДВС может присутствовать еще один, внешний кожух, выполненный из газонепроницаемого материала, герметично охватывающий описанный газопроницаемый кожух (цельный или составной), с образованием между наружными поверхностями газопроницаемого кожуха и внутренней поверхностью газонепроницаемого внешнего кожуха локальной воздушной звукопоглощающей полости, и который может быть снабжен ребрами жесткости, а также находиться в прямом контакте со структурой шумовибродемпфирующего, газопроницаемого кожуха. В этом случае последний будет выполнять роль демпфера изгибных колебаний стенки газопроницаемого кожуха.

По крайней мере часть внутренних стенок туннеля желоба кожуха, в зоне размещения свободных ветвей приводной связи (цепи), может находиться с элементом приводной связи в непосредственном контакте, выполняя таким образом функцию успокоителя приводной связи.

В варианте с цепным приводом, кожух, имеющий замкнутую, кольцевую, желобообразную форму, может быть снабжен средствами для подвода в его полость моторного масла и средствами для отвода последнего из полости кожуха.

Ниже приводится графическая часть описания предмета изобретения на примере цепного привода ГРМ.

На фиг. 1 показан конструктивный вариант кожуха, имеющего замкнутую, кольцевую, желобообразную форму.

На фиг. 2 показано сечение А-А фигуры 1.

На фиг. 3 показан составной вариант кожуха, выполненный в виде двух цилиндрических колпаков, охваченных внешним дополнительным кожухом.

На фиг. 4 показано сечение Б-Б фигуры 3.

Привод газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания содержит ведущий 1 (коленчатый) и ведомый 2 (распределительный кулачковый) валы, на которых жестко закреплены приводные элементы 3 и 4, соответственно звездочка коленчатого вала 1 и звездочка распределительного вала 2 привода ГРМ. Звездочки 3 и 4 кинематически взаимосвязаны цепью 5 и охвачены звукоизолирующим кожухом 6, фиг. 1. Кожух 6 выполнен из газопроницаемого, шумодемпфирующего, пористого (сетчатого, волокнистого) металлического прессованного или спеченного материала. В этом варианте кожух 6 имеет замкнутую, кольцевую, желобообразную (сечение А-А, фиг.2) форму, при этом его туннели 7 сходятся в расширяющихся полостях 8. ..10. В полости 8 находится звездочка 3 коленчатого вала 1, а в полостях 9 и 10 находятся звездочки 4 распределительных валов 2 (на фиг. 1 показан двухвальный привод ГРМ ДВС).

В варианте, показанном на фиг.3, кожух выполнен в виде двух цилиндрических колпаков 11 и 12, которые соответственно охватывают звездочки 3 и 4. В колпаках 11 и 12 выполнены окна соответственно 13 и 14 для прохождения набегающих 15 и сбегающих 16 ветвей цепи 5. В этом варианте (хотя это вполне возможно и в первом варианте) привод снабжен дополнительным внешним кожухом 17, выполненным из газонепроницаемого материала, что обуславливает образование внутри кожуха 17 локальной воздушной звукопоглощающей полости 18. Кожух 17 может быть снабжен ребрами жесткости 19, а его панели могут находиться в частичном контакте с газопроницаемыми колпаками 11 и 12.

Кожух 6 на фиг.1 может быть снабжен отверстиями 20 и 21, соответственно для подвода внутрь кожуха 6 масла и отвода масла из полости кожуха.

Работает привод газораспределительного механизма обычным образом. При этом в предлагаемых вариантах конструктивного исполнения привода звуковая и вибрационная энергия, генерируемая динамическими рабочими процессами, реализуемыми при работе ГРМ и имеющими место в замкнутой полости кожуха 6, фиг. 1, или колпаков 11 и 12, фиг. 3, как звуковое поле, так и вибрационный структурный шум, передаваемый по корпусу ДВС, на котором закреплены валы 1 и 2 со звездочками 3 и 4, которые кинематически взаимосвязаны цепью 5, преобразуется в тепловую энергию, как за счет трения в процессе микродеформаций волокон пористого шумодемпфирующего материала, так и за счет трения пульсирующего газа, продавливаемого через поры (каналы) пористого материала. При этом эффективность глушения шума в этом случае обеспечивается в широком частотном звуковом диапазоне и в широком эксплуатационном диапазоне.

Введение в конструкцию привода дополнительного газонепроницаемого кожуха 17, охватывающего газопроницаемый кожух 6, или газопроницаемые колпаки 11 и 12, с образованием воздушной звукопоглощающей полости 18, обеспечивающей повышенное звукопоглощение воздушного шума, а если кожух 17 находится в непосредственном контакте со структурами газопроницаемыми кожухами 6, 11 и 12, и даже с некоторым статическим поджатием к этим элементам, то в большей степени улучшается демпфирование структурных вибраций и излучаемого корпусного звука от поверхностей корпуса двигателя и функциональных элементов привода 1...5. При этом следует отметить, что эффект шумовибродемпфирования реализуется в обоих случаях, а преднамеренное создание зазоров или контактов дополнительного кожуха 17 с кожухами 6, 11 и 12 позволяет целенаправленно управлять шумопонижающим эффектом в зависимости от конкретной технической ситуации (конструктивного, технологического или эксплуатационного характера).

Применение кожухов 6, 11 и 12 из комбинированного шумовибродемпфирующего материала, размещенных в герметичной полости 18, позволяет реализовать преимущества широкополосного шумозаглушающего устройства для воздушного шума, генерируемого в замкнутой полости 18. Причем размещение кожухов 6, 11 и 12 (фактически - рассеивателей звуковой энергии) в замкнутой полости 18 позволяет им за счет размещения в зоне с аккумулированной звуковой энергией высокой концентрации поглощать звуковые волны более эффективно (диффузное звуковое поле с многократными отражениями звуковых волн от стенок в замкнутой полости, в отличие от частично проходящих волн в открытое пространство через стенку внешнего кожуха с ограниченной звукоизолирующей способностью).

Наличие масла внутри кожуха 6, фиг. 1, может дополнительно повышать звукоизоляцию привода за счет появления дополнительных вязкостных и массовых потерь звуковой энергии в замкнутых полостях.

Привод газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания может быть использован в транспортных средствах, в частности в автомобилях с улучшенными акустическими качествами. Привод содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, на которых жестко смонтированы приводные звездочки 3 и 4, кинематически соединенные замкнутой цепью 5 и охваченные закрепленным на корпусе двигателя звукоизолирующим кожухом. Отличительной особенностью привода является то, что кожух выполнен из газопроницаемого шумовибродемпфирующего пористого (сетчатого, волокнистого) металлического материала и может иметь различные конструктивные исполнения. Обеспечивается снижение шума привода механизма газораспределения. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Привод газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, содержащий ведущий и ведомый валы, на которых жестко закреплены приводные элементы, кинематически соединенные замкнутой приводной связью и охваченные закрепленным на корпусе двигателя звукоизолирующим кожухом, отличающийся тем, что кожух выполнен из газопроницаемого шумовибродемпфирующего пористого металлического материала. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что кожух имеет кольцевую замкнутую желообразную форму, при этом его туннели охватывают свободные ветви приводной связи и при взаимном схождении образуют расширяющиеся полости, в которых размещены приводные элементы. 3. Привод по п.4, отличающийся тем, что кожух выполнен по крайней мере в виде одного цилиндрического колпака, охватывающего соответствующий приводной элемент, и снабжен окнами для прохождения набегающей и сбегающей частей приводной связи. 4. Привод по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что привод снабжен дополнительным, внешним, кожухом из газонепроницаемого материала, герметично охватывающим с образованием звукоизолирующей полости газопроницаемый кожух. 5. Привод по пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что кожух снабжен средствами для циркуляции во внутренней полости масла. 6. Привод по пп.1 - 5, отличающийся тем, что дополнительный кожух находится в частичном контакте с газопроницаемым кожухом.