Масляный поддон двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к корпусным деталям двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Масляный поддон закреплен на блок-картере ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой корытообразной детали, включающей донную и присоединительную части. Внутри размещена шумоизолирующая облицовка, которая выполнена в виде гофрированной обечайки, неразъемно смонтированной на дне поддона, при этом вершины гофр снабжены сквозными отверстиями. Обечайка может быть выполнена из композитного материала металл-пластик-металл. Изобретение позволяет снизить шум автомобиля и улучшить его эксплуатационные качества. 1 з.п.ф-лы. 2 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 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; быть хорошим теплоотводом наружной поверхности для охлаждения масла и обладать 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 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 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 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 усиление 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, 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 вибрирующей способности данной конструкции кассетного масляного фильтра.

Известен 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 часть, в которой размещено моторное масло, и присоединительную частъ, 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.

Поддон имеет простую, высокотехнологическую конструкцию. Однако его развитая поверхность излучает значительное количество звуковой энергии в окружающую среду.

В качестве прототипа выбран звукоизолирующий масляный поддон ДВС, описанный в заявке Японии 63-21010, кл. F 01 B 77/13, публикация 02.05.88, БИ 5-526, содержащий снаружи своей донной части звукоизолирующую облицовку, изолированную упругими (резиновыми) элементами от донной панели поддона.

Однако монтаж такой облицовки с наружной стороны дна поддона с зазором по отношению к дну, с применением специальных дополнительных виброизолирующих элементов малоэффективен, поскольку она не изолирует шумовиброактивную периферическую часть поддона, увеличивает излучение звука на низких частотах, поскольку дополнительная экранная пластина, упруго закрепленная к вибрирующему масляному поддону, играет роль эффективного поршневого излучателя звука (типа диафрагмы громкоговорителя, подключенного к жесткой герметичной полости), ухудшает теплосъем с нижней панели дна масляного поддона, тем более, что наличие герметичного воздушного зазора и резиновых элементов фактически выполняют известную функцию термоса. Кроме того, наличие резиновых элементов в зоне высокого температурного нагружения вызывает их недолговечность и низкие эксплуатационные характеристики, или же требует использования специальных дорогостоящих сортов резины, или периодической их замены в процессе эксплуатации.

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

Сущность изобретения заключается в том, что в известном МП, выполненном в виде единой тонколистовой корытообразной детали, содержащем установленную в донной части шумоизолирующую облицовку, последняя размещена внутри поддона и выполнена в виде гофрированной обечайки из обычного однослойного стального листа, или композитного трехслойного материала МПМ, неразъемно смонтированной на дне поддона, причем вершины гофр снабжены сквозными отверстиями. Крепление обечайки к стенке поддона может осуществляться сваркой, пайкой, клеем и др.

При таком конструктивном исполнении при улучшении эффективности теплосъема с поверхности поддона существенно улучшаются и его акустические качества, поскольку предлагаемая облицовка выполняет функцию сотового глушителя, поглощающего шум, генерируемый работой кривошипно-шатунного механизма в замкнутом пространстве картера и поддона, за счет повышения изгибной жесткости стенок поддона и, соответственно, меньшей динамической подвижности и меньшего излучения в окружающую среду корпусного звука, за счет дополнительного демпфирования внешней оболочки поддона маслом, содержащимся в околооболочечном пространстве (гофрах), за счет применения высокодемпфирующего материала металл-пластик-металл, обладающего значительными шумовибропоглощающими свойствами, позволяющими преобразовывать вибрационную энергию стенок поддона в тепловую энергию при деформации полимерного слоя.

Крепление обечайки в поддоне осуществляется неразъемным способом, например точечной сваркой.

На фиг. 1 показана часть предлагаемой конструкции масляного поддона ДВС.

Масляный поддон закреплен на блок картере (не показан) ДВС и выполнен в виде единой тонколистовой детали, включающей донную 1 и присоединительную 2 части. Внутри поддона размещена гофрированная обечайка 3, в вершинах гофр выполнены сквозные отверстия 4. Обечайка приварена к стенкам поддона точечной сваркой и может быть выполнена из композитного трехслойного материала МПМ.

Динамически процессы в ходе реализации рабочих процессов в ДВС в виде газовых, неуравновешенных 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.

Гофрированная обечайка 3, жестко связанная с частями 1 и 2 поддона эффективно гасит (рассеивает) энергию изгибных деформационных колебаний, которые совершают стенки поддона и которые передаются как твердым путем (от стенок блок-картера ДВС), так и воздушным путем в замкнутом объеме масляного поддона (интенсивной энергией упругих воздушных волн, генерируемых КШМ и газовыми пульсациями картерных газов, прорывающихся в полость масляного поддона). При этом выполняется также и функция увеличения изгибной жесткости стенок поддона, также благоприятно влияющей на снижение шума стенки.

Используемый в качестве конструктивного материал МПМ позволяет обеспечить дополнительное 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 различными изгибными деформациями внешних металлических листов в тепловую энергию, выделяемую во внутреннем пластиковом вязкоупругом слое МПМ в процессе изгибных деформаций этой слоистой структуры с хорошей адгезией слоев, исключающей относительное проскальзывание металлических листов МПМ, обеспечивающих сдвиговые деформации вязкоупругого слоя, характеризующиеся наиболее эффективным процессом рассеивания (преобразования) энергии. При этом наличие перфорированных отверстий во внутренней обечайке, позволяющее маслу свободно перетекать в перемешиваться, исключает отрицательное влияние пластикового слоя на процессы теплопередачи и теплосъема с внешней стенки поддона.

Донная часть 2 более слабо подвержена вибрациям, поскольку находящееся внутри донной части 2 масло одновременно выполняет дополнительную функцию вибродемпфирования. При этом процесс перетекания масла через отверстия перфорации создает дополнительный демпфирующий эффект. Одновременно с этим, донная часть 2, выполненная из тонкого металлического листа, эффективно отводит тепло от своих стенок. Через отверстия 4 масло свободно проникает в каналы, образованные гофрами обечайки 3 и подвергается интенсивному охлаждению.

Таким образом, применение конструктивно простого и высокотехнологического технического решения позволяет эффективно решать одновременно две существующие в двигателестроении проблемы, а именно - снижение шума автомобиля и улучшение его эксплуатационных качеств за счет обеспечения эффективного теплоотвода от элементов, нуждающихся в принудительном охлаждении.

Формула изобретения

1. Масляный поддон двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде тонколистовой корытообразной детали, содержащий установленную в донной части шумоизолирующую облицовку, отличающийся тем, что облицовка размещена внутри поддона и выполнена в виде гофрированной обечайки, неразъемно смонтированной на дне поддона, при этом вершины гофр снабжены сквозными отверстиями.

2. Поддон по п.1, отличающийся тем, что обечайка выполнена из композитного трехслойного материала металл - пластик - металл.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2