Масляный поддон двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к корпусным деталям двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Масляный поддон закреплен на блок-картере ниже оси коленчатого вала ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой детали, включающей донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель, и свободно размещенный в заполненной маслом полости с зазором по отношению к внутренним стенкам поддона шумопонижающий элемент, имеющий форму по крайней мере части открытого короба. Шумопонижающий элемент имеет ячеистую структуру и выполнен из вспененного пористого сплава металлов, например алюминия или титана, причем структура элемента может быть открыто- или закрытоячеистой. В последнем случае полости ячеек могут быть вакуумированными. Преимущественно конструкция предназначена для двигателей легковых автомобилей. Изобретение позволяет снизить шум, излучаемый нижней частью двигателя в окружающую среду. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

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 блоку-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, В.А. Вершигора 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 тонкостенного 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 N 2398887, МКИ F 02 F 11/00, публ. 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 N 63-18019, МКИ F 02 F 7/00, публ. 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 стенок поддона и снижение корпусного шума ДВС в области средних и высоких частот звукового спектра. Являясь эффективным с 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 структуре материала изоляционного вязкоупругого 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 N 4027242, МКИ F 02 B 77/13, публ. 05.03.92, заявку ЕПВ N 0497753, МКИ F 02 F 7/00, публ. 05.08.92, заявку Японии N 63-61757, МКИ F 02 F 1/00, публ. 17.03.88. Либо панель поддона снабжают специальными ребрами жесткости, как это известно из заявки Японии N 1-247746, МКИ F 02 F 7/00, публ. 03.10.89, или в авторском свидетельстве СССР N 1083923. В техническом решении по заявке Японии N 63-21010, МКИ F 02 B 77/13, публ. 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 N 3-25630, МКИ F 02 F 7/00, публ. 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 N 3-48338, МКИ F 02 B 77/13, публ. 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 усиление излучения корпусного шума.

Известен масляный поддон блок-картера ДВС, разъемного типа, описанный в заявке Германии 4242513, МКИ F 02 F 7/00, публ. 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, что в некоторой степени позволяет уменьшить его виброактивность и корпусной 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.

Из патента Великобритании N 2276205, кл. F 01 M 11/00, публ. 21.09.94, известен масляный поддон двигателя, в котором для уменьшения шума, излучаемого структурными стенками как донной, так и присоединительной к нижней плоскости блок-картера двигателя части поддона, в полости поддона, в разных ее уровнях сформированы вертикальные ребра, расположенные на некотором удалении (с зазором) от стенок тонколистовой структуры поддона, причем нижние торцы ребер снабжены каналами для свободного перетекания масла. Здесь функцию демпфера вибраций стенок поддона выполняет слой моторного масла, который размещен между ребрами и стенками поддона. Однако ребра, выполненные в виде тонкостенных металлических с развитой поверхностью элементов, не обладают звукопоглощающими свойствами, и вместе с этим, могут сами легко возбуждаться, проводить и даже усиливать передачу звука на собственных резонансных формах своей тонколистовой структуры.

В качестве прототипа выбран масляный поддон двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте США N 5465692, кл. F 02 F 7/00, 1995, который выполнен в виде тонколистовой корытообразной детали, смонтированной на нижнем разъеме блок-картера двигателя. Внутри поддона смонтирован пластинчатый успокоитель, в котором выполнены технологические отверстия для прохода в донную часть, где размещено масло, функциональных элементов системы смазки двигателя (маслозаборника с фильтром, масляного щупа и др.). В полости поддона, образованной его донной частью и ограниченной успокоителем, размещен "внутренний поддон" (дословный перевод), свободно "плавающий" в масляной ванне, причем между внутренней стенкой донной части поддона и наружными стенками "внутреннего поддона" имеется пространство заполненное вытесняемым маслом. Вертикальное перемещение внутреннего поддона ограничено наличием успокоителя, который в свою очередь имеет ряд сквозных удлиненных отверстий. В местах возможного контакта "внутреннего поддона" с донной частью или успокоителем предусмотрено наличие упругих элементов. Внутренний поддон представляет собой жесткую (металлическую) тонколистовую структуру. Т.о. образуется слоистая структура "масло-металл-масло-металл" с улучшенной звукоизолирующей способностью и ослабленным возбуждением внешней стенки масляного поддона.

Названная тонколистовая металлическая структура внутреннего поддона может динамически возбуждаться, проводить и даже частично усиливать передачу звуковой энергии на собственных резонансных формах этой листовой структуры. Одновременно с этим конструкция внутреннего поддона обладает высокой добротностью как вибропередающая колебательная система (жесткая тонколистовая структура с низким внутренним трением). Из-за очень незначительного внутреннего трения металлической структуры стенок внутреннего поддона они, под влиянием динамического воздействия, могут достаточно легко возбуждаться на своих собственных колебательных модах с соответствующей передачей возбуждения на внешнюю оболочку поддона. По этим причинам описанное устройство поддона имеет ограниченную эффективность, что обусловлено названными виброакустическими дефектами.

Цель изобретения - снижение шума, излучаемого нижней частью двигателя в окружающую среду.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном масляном поддоне, выполненном в виде единой тонколистовой корытообразной детали, содержащей донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель, и свободно размещенный в заполненной маслом полости, с зазором по отношению к внутренним стенкам поддона, шумопонижающий элемент, имеющий форму по крайней мере части открытого короба, названный элемент имеет ячеистую структуру и выполнен из вспененного пористого сплава металлов, например алюминия или титана. При этом шумопонижающий элемент может иметь открытоячеистую или закрытоячеистую структуру. Причем элемент с открытоячеистой структурой может быть облицован тонкой звукопрозрачной пленкой, например термостойкой полимерной пленкой, или металлической алюминиевой фольгой, или аналогичным специальным покрытием, исключающим свободное перетекание масла через поры структуры элемента. В варианте с закрытоячеистой структурой полости ячеек могут быть частично вакуумированы. Сверху короб может быть по крайней мере частично закрыт крышкой, в которой выполнены отверстия для попадания внутрь шумопонижающего элемента масла и прохождения функциональных элементов системы смазки двигателя.

При таком конструктивном исполнении шумопонижающий элемент, стенки которого имеют определенную толщину, а структура представляет собой вспененный пористый сплав металлов (алюминия, титана), в отличие от прототипа, решающего задачу уменьшения структурной составляющей шума, излучаемого нижней частью двигателя, становится многофункциональным, поскольку дополнительно эффективно решает проблему уменьшения аэродинамической составляющей шума, и одновременно с этим является более эффективным звукоизолирующим и звукопоглощающим элементом. При этом сам по себе коробчатый элемент, имея легкую пористую вспененную структуру с высоким внутренним трением, обладает очень слабой вибровозбудимостью, без выраженных собственных вибрационных мод, исключающих передачу динамического возбуждения на внешнюю оболочку.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где на фиг. 1 показан масляный поддон двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 показано сечение А-А по фиг. 1; на фиг. 3 и 4 показаны варианты сечения структуры шумопонижающего элемента.

Масляный поддон закреплен ниже оси 1 коленчатого вала ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой детали, включающей донную 2 и присоединительную 3 части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель 4, и свободно размещенный в заполненной маслом полости, с зазором по отношению к внутренним стенкам поддона, шумопонижающий элемент 5, имеющий форму по крайней мере части открытого короба, стенки которого имеют ячеистую структуру, выполненную из вспененного пористого сплава металлов, в частности алюминия или титана. Названная структура может быть открыто- или закрытоячеистой. Короб может быть полностью или частично закрыт крышкой 6 из аналогичного материала, причем в крышке 6 выполняются отверстия 7 для попадания внутрь его масла и прохождения функциональных элементов, в частности наливного лотка 8 и маслозаборника 9, масляного щупа (не показан) и др. Снаружи, фиг. 4, или изнутри, фиг. 3, стенки короба могут быть облицованы тонкой звукопрозрачной пленкой 10, например алюминиевой фольгой, или полимерной пленкой. Между стенками короба и поддона образован зазор 11, в котором размещено масло. Полости ячеек закрытоячеистой структуры могут быть частично вакуумированы.

Динамические процессы в ходе реализации рабочих процессов в ДВС в виде газовых сил, неуравновешанных сил и моментов инерции кривошипно-шатунного механизма вызывают динамические деформации блок-картера 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. В рассмотренном выше прототипе достаточно эффективно решена техническая задача уменьшения структурной составляющей звукового излучения, генерируемого нижней частью ДВС, за счет демпфирования вибраций стенок масляного поддона четырехслойной структурой - масло во внутреннем поддоне, стенки внутреннего поддона, масло между стенками внутреннего и внешнего поддона и стенки внешнего поддона, а также за счет наличия в местах контакта внутреннего поддона с успокоителем и стенками внешнего поддона упругих (эластичных) элементов.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что достаточно "толстые" стенки шумопонижающего элемента 5, имеющие пористую, вспененную из сплава металлов структуру, обладающую высоким внутренним трением, очень слабо возбуждаются при динамическом воздействии на них. В такой структуре практически не возбуждается спектр собственных мод и такая система не обладает дефектом усиления виброзвукопередачи и обладает повышенной звукоизоляцией. Открытоячеистая структура, в отличие от любой плотной (как в прототипе), которая совсем не поглощает звук, является эффективным поглотителем упругих звуковых волн, генерируемых в замкнутом пространстве масляного поддона. Таким образом, предлагаемая конструкция, в сравнении с прототипом, обладает более эффективной звукоизоляцией слоистой структуры (включение пенистой составляющей), более слабыми вибропередающими свойствами (исключение возбуждения собственных мод пенистой структурной составляющей с высоким внутренним трением материала), а также обеспечивает эффект поглощения воздушного шума генерируемого механизмами двигателя в замкнутом пространстве масляного поддона и блок-картера двигателя (варианты открытоячеистой и структуры облицованной тонкой звукопрозрачной фольгой 10).

Предлагаемые варианты конкретной конструкции выбираются исходя из конструктивных, технологических, эксплуатационных, стоимостных и пр. возможностей и целесообразностей (т.е. в большей или меньшей степени обеспечения, например, эффекта звукопоглощения, при одновременном сохранении или увеличении эффекта звукоизоляции, вибродемпфирования, массы, стоимости и т. п. ) для отдельного взятого конкретного конструктивного исполнения устройства. Представленные различные конструктивные исполнения устройства существенным образом расширяют его область применения и обеспечивают оптимальный эффект ля различных конструктивных применений устройства в составе объектов машин энергетического и транспортного машиностроения.

Формула изобретения

1. Масляный поддон двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде тонколистовой корытообразной детали, содержащий донную и присоединительную части, между которыми размещен пластинчатый успокоитель, и свободно размещенный в заполненной маслом полости с зазором по отношению к внутренним стенкам поддона шумопонижающий элемент, имеющий форму по крайней мере части открытого короба, отличающийся тем, что названный элемент имеет ячеистую структуру и выполнен из вспененного пористого сплава металлов.

2. Поддон по п. 1, отличающийся тем, что шумопонижающий элемент имеет открытоячеистую структуру.

3. Поддон по п.1, отличающийся тем, что шумопонижающий элемент имеет закрытоячеистую структуру.

4. Поддон по п.1, отличающийся тем, что сверху короб по крайней мере частично ограничен крышкой, в которой выполнены отверстия для попадания внутрь шумопонижающего элемента масла и прохождения функциональных элементов системы смазки двигателя.

5. Поддон по п.1, отличающийся тем, что шумопонижающий элемент выполнен из вспененного алюминиевого сплава.

6. Поддон по п. 2, отличающийся тем, что элемент с открытоячеистой структурой облицован тонкой звукопрозрачной пленкой.

7. Поддон по п.3, отличающийся тем, что полости ячеек частично вакуумированы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4