Воздухоочиститель двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкциям воздухоочистителей (ВО), снабженных элементами шумоглушения, и позволяет повысить ресурс фильтрующего элемента (ФЭ). ВО содержит скрепленные между собой монтажными элементами корпус с днищем, которые снабжены соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса и ФЭ. Последний делит полость ВО на две полости - очищенного и неочищенного воздуха. Также ВО содержит дефлектор, расположенный в корпусе со стороны впускного окна, образующий со стенками корпуса разветвляющиеся каналы, причем динамические срезы каналов размещены в полости ВО определенным образом. Дефлектор размещен в полости очищенного воздуха, эквидистантно и с зазором по отношению к боковой поверхности ФО. При этом ориентация дефлектора в пространстве камеры ВО осуществляется путем его жесткой привязки по крайней мере к одному из крепежных элементов. В зависимости от конкретной конструкции ВО возможны различные варианты конструктивного исполнения дефлектора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкциям воздухоочистителей двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженных элементами шумоглушения.

Известен воздухоочиститель (ВО), авторское свидетельство СССР 1375847, кл. F 02 M 35/14, публ. 23.02.88, БИ 7, системы впуска ДВС, содержащий цилиндрический корпус с днищем, которые снабжены соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса и фильтрующий элемент. При этом воздухоочиститель снабжен дефлектором, расположенным между корпусом и фильтрующим элементом со стороны впускного окна и образующим со стенками корпуса разветвляющиеся каналы, причем динамические срезы каналов расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центр выпускного окна и ось цилиндрического корпуса.

Недостатком данного воздухоочистителя является то, что при работе ДВС возможно возникновение резонансных колебаний объема воздуха, заключенного в образованных гладких разветвляющихся каналах корпуса воздухоочистителя, что снижает интенсивность глушения шума воздухоочистителем и проявляется, в частности, в виде субъективно неприятных звонов и роста уровней отдельных спектральных составляющих звукового спектра системы впуска.

В качестве прототипа выбран ВО системы впуска ДВС, описанный в авторском свидетельстве СССР 1747736, кл. F 02 M 35/14, публ. 15.07.92, БИ 26, который содержит цилиндрический корпус с днищем, снабженные соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса и фильтрующий элемент, а также дефлектор, расположенный между корпусом и фильтрующим элементом со стороны впускного окна, образующий со стенками корпуса разветвляющиеся каналы, причем динамические срезы каналов расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центр выпускного окна и ось цилиндрического корпуса, а на концах дефлектора выполнены перфорированные участки, ослабляющие резонансные колебания газа в разветвляющихся каналах. Крышка крепится к корпусу посредством монтажных элементов, например шпильками, которые смонтированы на днище корпуса. Наиболее предпочтительным является случай, когда суммарная площадь отверстий перфорации составляет 0,5 - 0,9 площади поперечного сечения канала в месте выполнения соответствующего участка, а длины участков перфорации составляют не более четырех приведенных диаметров названных сечений. Центр впускного окна расположен в плоскости, проходящей через ось цилиндрического корпуса и отстоящей от одного из динамических срезов дефлектора на величину, кратную 1/8 L, где L - длина дефлектора.

Описанный ВО обладает улучшенной эффективностью шумоглушения. Однако наличие дефлектора, размещенного внутри корпуса, напротив впускного окна, неблагоприятно сказывается на основном функциональном назначении фильтрующего элемента, частично "заслоненного" дефлектором всасываемого двигателем потока наружного (неочищенного) воздуха, во впускной тракт системы впуска. Это приводит к неравномерному осаждению частиц пыли и пр., содержащихся в забортном воздухе, по поверхности фильтрующего элемента, т.к. "заслоненная" дефлектором часть фильтрующего элемента не в полной мере участвует в очистке воздуха, что в конечном счете уменьшает ресурс более "загруженной" части фильтрующего элемента, увеличивает гидравлическое сопротивление воздухозаборного тракта, вследствие загромождения входной в воздухоочиститель части.

Целью изобретения является повышение долговечности ВО путем увеличения ресурса фильтрующего элемента, снижение гидравлических сопротивлений воздуховпускного тракта и улучшение шумозаглушающих характеристик ВО.

Для достижения поставленной цели в известном воздухоочистителе, содержащем корпус с днищем, которые снабжены соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса и фильтрующий элемент, разделяющий объем воздухоочистителя на две полости - очищенного и неочищенного воздуха, причем в полости очищенного воздуха размещены монтажные элементы, посредством которых крышка закреплена на корпусе, а также дефлектор, расположенный в корпусе, со стороны впускного окна, образующий со стенками корпуса разветляющиеся каналы, причем динамические срезы каналов размещены в плоскости, проходящей через центр выпускного окна и ось цилиндрического корпуса, а центр впускного окна расположен в плоскости, проходящей через ось цилиндрического корпуса и отстоящей от одного из динамических срезов на величину, кратную 1/8 L, где L - длина дефлектора, последний размещен в полости очищенного воздуха, эквидистантно и с зазором по отношению к боковой поверхности фильтрующего элемента.

При таком конструктивном исполнении вся поверхность фильтрующего элемента "загруженно" участвует в процессе очистки впускного воздуха, что позволяет увеличить ресурс фильтрующего элемента, резонансные колебания воздуха в разветвляющихся каналах ослабляются за счет ухудшения добротности воздухоприводящих каналов с точки зрения акустики.

Для ориентации дефлектора по отношению к впускному окну, дефлектор закреплен по крайней мере к одному из штатных монтажных элементов, которые смонтированы на днище корпуса воздухоочистителя.

Герметичность образующихся разветвляющихся каналов в камере ВО обеспечивается плотным и упругим контактом торцов дефлектора с днищем корпуса и крышкой ВО. Для этого торцы дефлектора могут быть отфланцованы упругим материалом, например резиновыми прокладками. В случае выполнения дефлектора из полимерного материала концы торцов дефлектора могут быть выполнены более тонкими, а сама высота дефлектора несколько превышать высоту полости очищенного воздуха ВО, что при монтаже крышки ВО обеспечивает некоторую деформацию торцов дефлектора и их беззазорное соединение (за счет упругого поджатия) с днищем корпуса и крышкой.

Отпадает необходимость перфорации концов дефлектора, так как наличие активной фрикции внутри каналов подавляет все резонансы.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показан воздухоочиститель, на фиг. 2 показан воздухоочиститель в плане (крышка условно снята); на фиг. 3 показано сечение по крепежному элементу и дефлектору; на фиг. 4 изображен дефлектор с уплотнительными элементами; на фиг. 5 и 6 наглядно иллюстрируются экспериментальные подтверждения эффективности предлагаемого воздухоочистителя в сравнении с серийным воздухоочистителем ДВС, используемым в качестве силового агрегата полноприводных автомобилей ВАЗ.

ВО для ДВС, показанный на фиг. 1, содержит скрепленные между собой монтажными элементами 1 корпус 2 с днищем 3, которые снабжены соответственно впускным 4 и выпускным 5 окнами, крышку 6 корпуса 2, фильтрующий элемент 7. Последний делит полость воздухоочистителя на две полости - очищенного 8 и неочищенного 9 воздуха. Также ВО содержит дефлектор 10, расположенный в корпусе 2, со стороны впускного окна 4, образующий со стенкой фильтрующего элемента 7 разветвляющиеся каналы 11 и 12, динамические срезы 13 и 14 которых размещены на расстояниях К, кратных 1/8 L от плоскости, Х-Х проходящей через ось О-О цилиндрического корпуса 2 ( или в данном случае выпускного окна 5) и центр Ц впускного окна 4, где L - длина дефлектора. Динамические срезы 13 и 14 отстоят от реальных срезов 15, 16, дефлектора 10 на расстояние 0,3 d, где d - условный, приведенный по площади диаметр плоской геометрической фигуры при радиальном сечении воздухоочистителя, ограниченном базовой поверхностью корпуса 2, днищем 3, дефлектором 10 и крышкой 6.

Дефлектор 10 кинематически связан (закреплен и сориентирован в пространстве ВО) по крайней мере с одним монтажным элементом 1 (в конкретном случае дефлектор 10 установлен на двух шпильках крепления крышки 6 к днищу 3 корпуса 2 ВО).

Торцы 17 и 18 дефлектора находятся в плотном контакте с днищем 3 и крышкой 6 корпуса 2 ВО. Для этого на их вершинах могут быть смонтированы упругие прокладки (фланцы 19), например из резины.

Если дефлектор изготовлен из пластмассы, то торцы 17 и 18 могут быть выполнены более тонкими, чем остальная часть дефлектора 10, высота которого в этом случае несколько превышает высоту полости 8, что при креплении крышки 6 к корпусу 2 обеспечивает некоторую деформацию торцов 17 и 18 дефлектора 10 и их беззазорное соединение за счет упругого поджатия к крышке 6 и днищу 3 корпуса 2.

Дополнительно на фиг. 1 показан смонтированный на впускном окне 4 воздухозаборный патрубок 20, фильтрующий элемент 7 имеет боковые поверхности 21.

При работе ДВС в момент открытия-закрытия впускных клапанов и в самом процессе изменения объемов цилиндров возникает переменная составляющая объемного расхода воздуха, что приводит к "раскачке" воздушных объемов, заключенных в отдельных элементах труб, и объемов системы впуска. Воздушные объемы в отдельных элементах системы обладают определенными частотными характеристиками (частотами собственных колебаний), "трансформирующими" подводимое силовое воздействие в соответствии со своими частотными характеристиками, и в конечном итоге определяют звуковое излучение, производимое непосредственно наружным срезом воздухозаборного патрубка 20. Объем воздушного столба, заключенного в ВО, можно рассматривать как распределенную по объему массу, обладающую определенными упругими, инерционными и диссипативными характеристиками. Подвод возбуждения к этой массе осуществляется как через выпускное окно 5, так и через срезы 13 и 14 каналов 11 и 12, соединенных с воздухозаборным патрубком 20. Вследствие названного возбуждения воздушный объем, заполняющий полость ВО, начинает совершать колебания на своих собственных частотах, что усиливает раскачку на этих частотах воздушного столба, заключенного в воздухозаборном патрубке 20, а это усиливает интенсивность звукового излучения, производимого наружным срезом воздухозаборного патрубка 20 в окружающую среду. Наиболее интенсивным являются колебания воздушного столба камеры на низших тангенциальных и радиальных формах колебаний, которые характеризуются ярко выраженными максимумами (пучностями) и минимумами (узлами).

В данном случае центр выпускного окна 5 совпадает с осью О-О цилиндрического корпуса, поэтому тангенциальная форма колебаний практически не проявляется.

Таким образом, выпускное окно 5 является источником пульсаций и сферических звуковых волн, как источник звука типа пульсирующей сферы. Указанные пульсации и звуковые давления в виде упругих волн излучаются в пространство камеры ВО и передаются наружу в окружающую среду через воздухозаборный патрубок 20, включающий два разветвленных канала 11 и 12. Попадая в зону свободных динамических срезов 13 и 14 каналов 11 и 12, эти упругие волны распространяются по каналам 11 и 12, при этом, поскольку длины каналов 11 и 12 имеют определенные соотношения длин, в зоне соединения каналов 11 и 12 с центром "Ц" впускного окна 4 происходит их (упругих волн) противофазное сложение, с соответствующей компенсацией сигналов с противоположными фазами. Таким образом, передача упругих волн в патрубок 20 идет ослабленно и соответственно уменьшается излучение свободным срезом воздухозаборного патрубка 20 в окружающую среду.

При этом, в отличие от прототипа, в процессе очистки воздуха принимает участие вся поверхность фильтрующего элемента 7, поскольку дефлектор 10 размещен в полости 8 очищенного воздуха, т.е. не "затеняет" поверхность фильтрующего элемента, контактирующую с потоком забортного (неочищенного) воздуха.

Кроме того, размещение дефлектора в полости 8 дополнительно дает целый ряд преимуществ предлагаемого ВО, в сравнении с прототипом, а именно: - исключается загромождение (зажатие) на входе воздушного потока в полость 9, что заметно снижает гидросопротивления впускного тракта и положительно сказывается на процессе наполнения цилиндров двигателя; - появляется возможность использовать материал фильтрующего элемента 7 с активной фрикцией, размещенный в каналах 11 и 12, для подавления их собственных мод, т.е. отпадает необходимость перфорации концов дефлектора: - поскольку дефлектор одновременно выполняет роль дополнительного ребра жесткости, повышается изгибная жесткость корпуса в зоне изгибной раскачки консольно закрепленным на корпусе патрубком 20, имеющим значительную длину и массу; - повышается звукопоглощение в каналах, за счет образования панельного поглотителя, в виде перфорированной панели (обечайки фильтрующего элемента) и жесткой стенки (дефлектора 10).

Как показывают эксперименты, в сравнении с серийным воздухоочистителем двигателя, используемым на полноприводных автомобилях ВАЗ, применение предлагаемой конструкции воздухоочистителя позволяет уменьшить общие уровни шума впуска (фиг. 5.) на 1 - 5 дБА, при этом использование предлагаемого воздухоочистителя производит эффективное снижение шумового излучения на впуске, на режиме работы двигателя с полной нагрузкой на оборотах номинальной мощности двигателя практически во всем диапазоне контролируемого звукового спектра в среднем на 3 дБА.

Формула изобретения

1. Воздухоочиститель двигателя внутреннего сгорания, содержащий скрепленные между собой монтажными элементами корпус с днищем, которые снабжены соответственно впускным и выпускным окнами, крышку корпуса и фильтрующий элемент, разделяющий полость воздухоочистителя на две полости - очищенного и неочищенного воздуха, а также дефлектор, расположенный в корпусе со стороны впускного окна, образующий со стенками корпуса разветвляющиеся каналы, причем динамические срезы каналов размещены в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центр выпускного окна и ось цилиндрического корпуса, а центр впускного окна расположен в плоскости, проходящей через ось цилиндрического корпуса и отстоящей от одного из срезов на величину кратную 1/8 L, где L - длина дефлектора, отличающийся тем, что дефлектор размещен в полости очищенного воздуха, эквидистантно и с зазором по отношению к боковой поверхности фильтрующего элемента.

2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что дефлектор закреплен по крайней мере на одном из крепежных элементов, посредством которых крышка крепится к днищу корпуса.

3. Воздухоочиститель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что торцы дефлектора находятся в плотном контакте с сопрягаемыми поверхностями крышки и корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6