АГРЕГАТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК F02B77/13 F01P11/12 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к агрегату системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, в состав которого входит жидкостный радиатор охлаждения и размещенный в специальном кожухе вентилятор.

Вентиляторы системы охлаждения предназначены для интенсификации теплосъема с ячеек радиатора и могут быть источником весьма интенсивного аэродинамического и корпусного шума, уровень которых близок к уровню непосредственно шума двигателя (корпусных деталей, механизмов и агрегатов двигателя). В значительной степени шум вентилятора может существенным образом формировать как внешний, так и внутренний шум автотранспортного средства.

Как отмечено в монографии В.Н. Луканина "Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания", М., 1971, с.247, "...Работающий вентилятор заставляет звучать объемы газа, заключенные в системе охлаждения, возбуждает элементы конструкции двигателя и, в частности, тонкостенные детали дефлекторных устройств" и далее, с.248, "... При работе вентилятора поток звуковой энергии взаимодействует с поверхностью кожуха, проходя через нее. Кожух при этом работает как звукоизолирующая преграда. Одновременно в полости за вентилятором развивается избыточное давление, которое способно вызывать вибрации тонкостенных дефлекторных устройств и кожуха...".

Частично проблема уменьшения шума системы охлаждения решается отдельными конструктивными элементами, выполняющими основные функции системы. В частности, известна решетка радиатора трактора, гасящая шум, заявка Японии N 57-8729, кл. B 60 K 11/08, публ. 18.02.82, N 2-219; способ предотвращения резонансного состояния воздушного столба в автомобильном радиаторе, заявка Японии N 59-50918, кл. F 28 F 1/30, публ. 11.12.84, N 5-1273.

Наиболее распространенным способом подавления шумового излучения системы охлаждения ДВС транспортного средства является применение дополнительных шумопоглощающих облицовок, интегрированных в конструкциях кожухов, охватывающих радиатор и крыльчатку вентилятора. Отмеченные шумопоглощающие облицовки предусматривают использование пористых и/или волокнистых звукопоглощающих материалов, специальных глушителей, выполненных в виде пустотелых камер с соединительными каналами (горлышками) типа резонаторов Гельмгольца. Это, в частности, такие известные технические решения, как:
- экономический патент ГДР N 239827, кл. F 02 F 77/13, публ. 1986;
- международная заявка PCT(WO) N 86/03803, кл. F 02 P 7/12, публ. 1986;
- патент США N 4260037, кл. B 62 D 25/10, публ. 1981;
- патент США N 4279325, кл. F 01 N 1/04, публ. 1981;
- патент США N 4354801, кл. F 01 D 1/20, публ. 1982;
- заявка Франции N 2309717, кл. F 01 P 11/12, публ. 1976;
- заявка Великобритании N 1563439, кл. F 01 N 1/24, публ. 1980;
- заявка Великобритании N 2062100, кл. F 01 N 1/02, публ. 1981;
- заявка Великобритании N 2162895, кл. F 02 F 7/00, публ. 1986;
- заявка Японии (JP)B N 61-60965, кл. F 01 P 11/10, публ. 1986;
- заявка Японии (JP)B N 61-27566, кл. F 01 P 5/06, публ. 1986.

Приведенные выше технические решения обладают рядом существенных недостатков, а именно;
- используемые пористые и/или волокнистые звукопоглощающие материалы, используемые для облицовок или объемных набивок в полостях кожуха впитывают пыль, грязь, влагу, снег и пр. , попадающие в переднюю часть мотоотсека движущегося транспортного средства, что в процессе длительной эксплуатации снижает эффективность шумоглушения, а в ряде случаев - снижает надежность и долговечность устройства;
- под воздействием интенсивных вибраций, низких и высоких температур в моторном отсеке транспортного средства, возможно разрушение звукопоглощающего слоя облицовки интегрированной в конструкции кожуха;
- устройства имеют относительно большие габариты, что вызывает необходимость предусматривать соответствующее свободное пространство для компоновки объемных кожухов, звукопоглощающих набивок, резонаторов и т.п., что в стесненных условиях компоновки агрегатов в моторном отсеке является крайне нежелательным и не всегда возможным;
- устройства являются технологически сложными и дорогостоящими, т.к. предусматривают многочисленные сборочные операции составных элементов кожуха;
- устройства являются в ряде случаев остронастроенными (например, на поглощение узкого частотного звукового диапазона), чувствительными к расстройке от изменения плотности, влажности, пористости звукопоглощающей облицовки, которые могут возникать в процессе эксплуатации транспортного средства;
- устройства не выполняют функцию вибродемпфирования структуры кожуха, а являются только пассивными шумопоглощающими устройствами аэродинамического шума крыльчатки. В это же время, сам корпус (структура) кожуха, интенсивно возбуждаемая твердым путем (от зон присоединения с радиатором, корпусом электродвигателя вентилятора и элементами мотоотсека) и воздушным путем - от аэродинамического возбуждения крыльчатки, набегающего воздушного потока при движении с высокими скоростями и т.п., может стать интенсивным вторичным переизлучателем звука, существенно ухудшающим акустическое качество транспортного средства в целом.

С целью решения данной проблемы в устройствах вынужденно применяются различные дорогостоящие резинометаллические виброизоляторы, хотя, как это хорошо известно, упруго - демпфирующие характеристики резиновых элементов отличаются непостоянством в широком диапазоне изменения температур, что затрудняет процесс их оптимизации. По аналогичным причинам динамического возбуждения структуры при высоких температурах кожуха вентилятора возможно его разрушение, что вынуждает использовать как специальные высокотемпературные виброизоляторы, так и вводить в конструкцию дополнительные ужесточающие элементы.

В качестве прототипа выбран агрегат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, описанный в заявке Великобритании N 2000477, кл. B 60 K 11/02, публ. 10.01.79, и содержащий, в частности, узел радиатора, охлаждаемого потоком воздуха, и вентилятор, размещенный в специальном составном, состоящим из двух частей кожухе. Последний имеет вращающуюся часть, выполненную в виде кольца, закрепленного на наружных кромках лопастей вентилятора и имеющего заходную часть в виде определенным образом сориентированного раструба, сформированного на заходной кромке кольца. Вторая часть кожуха выполнена в виде развитой по поверхности, тонкостенной пластины с центральным отверстием, на котором сформирован кольцевой фланец, размещенный на входе (или в непосредственной близости) упомянутого раструба. Предварительно заданный зазор между неподвижным кожухом и раструбом обеспечивает плавную циркуляцию воздушного потока вокруг вращающегося кожуха и его возвращение в основной воздушный поток. Благодаря такой конструкции значительно устраняются завихрения и, как следствие, генерируемый или результирующий шум.

В прототипе, за счет приведения набегающего охлаждающего потока воздух в более ламинарное состояние с ослабленным вихреобразованием, достигается улучшение акустических качеств агрегата системы охлаждения двигателя в целом. Однако, это техническое решение сопряжено со значительным усложнением конструкции, увеличением ее материалоемкости, технологических допусков на изготовление, что обусловлено наличием составного кожуха, один из элементов которого является вращающимся.

Вместе с тем, проблема генерирования и связанная с этим необходимость существенного уменьшения аэродинамического и структурного звука при использовании жестких слабодемпфированных звукоотражающих стенок направляющего кожуха остается нерешенной.

Решение технической задачи предлагаемым изобретением предусматривает снижение шума генерируемого элементами системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, при одновременном повышении эффективности работы системы охлаждения и одновременном упрощении ее конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном агрегате системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащем радиатор и вентилятор, пространство между которыми охвачено направляющим кожухом, последний выполнен из металлического шумовибродемпфирующего пористого волокнистого прессованного газопроницаемого материала, например, пористого сетчатого материала (ПСМ), металлорезины (широкий спектр материалов типа "Сойферит") или других аналогичных по своим физико-механическим свойствам материалов.

Таким образом, техническая задача решается за счет применения в узле системы охлаждения двигателя, в частности для входящего в состав названного узла кожуха, материала с определенными физико-механическими свойствами, что и позволяет в значительной степени решить описанную выше проблему.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 показан заявляемый агрегат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 показан кожух в изометрии, а на фиг. 3 показан фрагмент структуры кожуха из ПСМ.

Агрегат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания 1 содержит радиатор 2 и вентилятор 3, пространство между которыми охвачено кожухом 4. Последний выполнен из металлического шумовибродемпфирующего пористого волокнистого прессованного газопроницаемого материала, в качестве которого может быть использован, например, пористый сетчатый материал (ПСМ) или металлорезина (МР).

Работает агрегат системы охлаждения обычным образом, т.е. засасываемый поток воздуха для интенсификации процесса охлаждения радиатора при неподвижном транспортном средстве создается вращающейся крыльчаткой вентилятора 3 и обтекает пластины радиатора 2, а при движении транспортного средства - дополнительно за счет динамического напора встречного воздушного потока.

Для постоянной составляющей расхода воздушного потока (динамического напора) засасываемого через радиатор, структура кожуха 4 из ПСМ, содержащая мелкие газопроницаемые поры (каналы), является плотной и практически "непрозрачной" (для существенных утечек просасываемого воздушного потока через воздухопроницаемые стенки кожуха), вследствие чего он эффективно выполняет свою прямую функцию направляющего аппарата.

Для пульсирующей составляющей расхода воздушного потока (волнистые стрелки на фиг. 1) засасываемого через радиатор воздуха и звуковых волн, падающих на поверхность пористой структуры кожуха 4 из ПСМ, последний является частично "прозрачным", выполняя функцию пористой структуры, через которую "продавливается" пульсирующая составляющая воздушного потока и проникает звуковое давление. В результате внутреннего трения в порах (каналах) этой структуры пульсаций воздушного потока и звуковых волн происходит эффективное превращение их энергии (пульсаций и звука) в тепловую энергию.

С другой стороны, как звукоизлучающая структура, стенки пористого кожуха из ПСМ являются слабым излучателем звука, т.к. в процессе его виброколебаний происходит частичное перетекание среды (воздуха) между лицевой и тыльной сторонами стенки через многочисленные поры (каналы), образуя таким образом короткое акустическое замыкание со слабым динамическим возбуждением прилегающего к стенкам слоем воздуха и, т.о., слабое излучение звука структурой колеблющейся пористой стенкой кожуха.

И, наконец, ввиду того, что структура ПСМ является высокодемпфированной (с высоким коэффициентом механических потерь), она слабо динамически возбуждается даже в случаях интенсивного подвода к ней вибрационной энергии. Т.о. , амплитуды вибраций стенок кожуха являются незначительными, что дополнительно способствует снижению излучаемого ими звука. Как следствие этого, применение структуры ПСМ для конструкции кожуха вентилятора позволяет отказаться от применения дополнительных виброизолирующих крепежных элементов и монтировать кожух непосредственно к радиатору (жестко).

Пористая воздухопроницаемая структура металлического кожуха из ПСМ способствует также более эффективному отводу тепла от корпуса радиатора (в сравнении с пластмассовыми кожухами) и, т.о., улучшает прямое функциональное назначение радиатора и системы охлаждения в целом.

Указанный материал ПСМ получают путем прессования в вакууме соответствующих проволочных сеток, уложенных в заданное количество слоев. При этом, в зависимости от числа сеток, материала и диаметра проволоки, размера ячеек и конкретного технологического процесса, задаются конкретные характеристики материала, такие как пористость (сопротивление продуванию), внутреннее трение (коэффициент потерь) и другие механо - акустические характеристики.

Другим примером "газопроницаемого, шумовибродемпфирующего, пористого металлического материала" является материал МР (металлорезина), созданная в Куйбышевском авиационном институте. Материал МР представляет собой пористую металлическую структуру, получаемую путем холодного прессования заготовки из проволочной спирали в окончательные по форме и размерам детали. Метод получения материалов МР допускает гибкое управление его свойствами за счет соответствующего выбора материала проволоки, ее диаметра, способа укладки спирали в прессформу, давления прессования и поверхностного покрытия его металлами и полимерами. На основе МР разработаны различные типы цельнометаллических виброизоляторов, демпферов, устройств гашения пульсаций давления в газогидравлических магистралях различных машин и аппаратуры (рассеивание энергии пульсаций давления Среды обусловлено потерями на трение при движении переменной составляющей потока в порах материала), фильтров (для фильтрования жидких, газообразных, криогенных, агрессивных и высокотемпературных веществ) и др. конструкций узлов, широко применяемых в технике.

Процесс изготовления кожуха из ПСМ или МР является безотходным и высокотехнологичным, не требует дополнительной механической обработки.

Таким образом, в настоящее время известный в технике вид материалов в конкретном случае используется в качестве специфического конструкционного материала для решения конкретной технической задачи с применением конкретного устройства.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к элементам систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Агрегат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержит радиатор и вентилятор, пространство между которыми охвачено кожухом. Новым является то, что кожух выполнен из металлического шумовибродемпфирующего пористого газопроницаемого материала. Таким материалом могут являться металлический пористый сетчатый материал или металлорезина. Изобретение обеспечивает снижение шума, генерируемого элементами системы охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Агрегат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащий радиатор, вентилятор и охватывающий пространство между ними кожух, отличающийся тем, что кожух выполнен в виде детали, отформованной из шумовибродемпфирующего металлического пористого газопроницаемого материала. 2. Агрегат системы охлаждения, отличающийся тем, что кожух выполнен из пористого сетчатого материала. 3. Агрегат системы охлаждения, отличающийся тем, что кожух выполнен из металлорезины.