ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AIR CLEANER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), содержащим воздухоочистители для очистки поступающего в цилиндры воздуха с одновременным выполнением функции глушения газодинамического шума.
В современных транспортных средствах воздухоочиститель ДВС, кроме непосредственной функции очистки (фильтрации) подаваемого в цилиндры ДВС воздуха, выполняет также роль глушителя шума газодинамических пульсаций воздуха. С этой целью воздухоочиститель выполняют, как правило, в виде объемной расширительной камеры с установленным внутри фильтрующим элементом и присоединенным к камере воздухозаборным патрубком. Такая камера является глушителем реактивного типа, использующим принцип рассогласования волновых сопротивлений подводящих и отводящих патрубков в сравнении с волновым сопротивлением полости расширительной камеры глушителя. Расположенный в полости камеры фильтрующий элемент частично поглощает высокочастотную звуковую энергию, однако степень такого поглощения, ввиду структуры фильтрующего элемента, обладающей невысокими гидросопротивлениями, является явно недостаточной.
Известен воздухоочиститель, описанный в заявке DE №4013848 (опубл. 31.10.1991 г.). Воздухоочиститель содержит специальное устройство в виде изменяемого проходного сечения сопла в зависимости от скоростного и нагрузочного режима работы ДВС во всем его рабочем диапазоне.
Недостатком известного устройства является не только его сложность и дороговизна, связанные с применением подвижных сочленений и узлов систем адаптивного управления, но и то, что с ростом оборотов ДВС растет как уровень шума всасывания, так и величина гидросопротивления, а увеличение проходного сечения сопла с увеличением оборотов влечет дополнительное увеличение шума всасывания ДВС.
Другим направлением улучшения гидравлических и акустических характеристик конструкций воздухоочистителей в средне- и высокочастотной области звукового спектра является применение в их конструкции специальных акустических резонаторов и/или шумопоглащающих облицовок из волокнистых или пенистых звукопоглащающих материалов, ослабляющих усиление излучения звука воздухозаборным патрубком увеличенного проходного сечения с малым гидросопротивлением воздухоочистителя.
В заявке GB №2070682 (опубл. 28.05.1983 г.) представлена конструкция комбинированного глушителя шума, встроенного в воздухозаборный патрубок воздухоочистителя. Наряду с применением плавно расширяющегося сечения, воздухозаборный патрубок охвачен резонатором Гельмгольца, сообщающимся с патрубком посредством сквозных перфорированных отверстий в стенке патрубка. Полость резонатора может быть заполнена звукопоглощающим материалом типа металлической шерсти.
Недостатком конструкции является загромождение проходных сечений воздухозаборного патрубка с соответствующим отрицательным влиянием на гидравлическое сопротивление системы в целом. Также рассмотренная конструкция не изменяет проходных сечений своих воздухозаборных патрубков в зависимости от режима работы ДВС, что не позволяет получить приемлемые характеристики по шумозаглушению и гидравлическим сопротивлениям во всем рабочем (скоростном и нагрузочном) диапазоне работы ДВС.
Известен воздухоочиститель ДВС, описанный в патенте РФ №2155274 (опубл. 27.08.2000 г.), взятый за прототип. Воздухоочиститель содержит корпус, на котором консольно смонтирован воздухозаборный патрубок, выполненный, по крайней мере, на части своей длины из пористого материала. Структура пористой стенки патрубка выполнена газопроницаемой, при этом из пористого газопроницаемого материала выполнены, как минимум, входной и/или присоединительный участки патрубка. Воздухозаборный патрубок может быть выполнен в виде единой детали из пористого газопроницаемого материала.
Недостатком известной конструкции воздухоочистителя ДВС является дополнительное засасывание воздуха через воздухопроницаемую пористую структуру стенки воздухозаборного патрубка. В этом случае, с одной стороны, происходит снижение уровней шума, излучаемого открытым срезом воздухозаборного патрубка, а с другой стороны, увеличивается шум, излучаемый непосредственно пористой воздухопроницаемой структурой стенки патрубка из-за повышенного излучения звуковой энергии, генерируемой впускной системой на доминирующих частотах 2-й и 4-й моторной гармоники, которое производится пористой структурой патрубка. Таким образом, сама стенка патрубка становится доминирующим источником звукового излучения, в совокупности увеличивая площадь звукоизлучающей поверхности концевого участка звукопередающего тракта системы впуска ДВС. При этом использование жесткой металлической структуры пористого газопроницаемого сетчатого материала в конструкции воздухозаборного патрубка воздухоочистителя не обеспечивает ей широкополосных звукопоглощающих свойств ввиду применения практически недеформируемого (динамически жесткого) металлического пористого скелета. В данном случае реализуется исключительно только фрикционный механизм поглощения энергии воздушных звуковых волн в сообщающихся каналах пористой структуры сетчатого материала, способный обеспечивать поглощение звуковой энергии лишь в узком частотном диапазоне звукового спектра. В процессе эксплуатации транспортного средства, оборудованного вышеуказанной конструкцией воздухоочистителя, из-за попадания на поверхность воздухозаборного патрубка пыли, грязи и т.п. происходит частичное запыление («забивание») мелких пор материала, что приводит к определенной потере звукопоглощающих свойств. Наиболее существенным фактором при этом является высокая себестоимость исходного металлического сырья (металлической проволоки) при сложной технологии изготовления пористой структуры сетчатого материала в качестве полуфабрикатного компонента в технологии изготовления цельноформованной конструкции воздухозаборного патрубка воздухоочистителя. Кроме этого, пористая газопроницаемая структура воздухозаборного патрубка является также влагопроницаемой, что повышает риск попадания посторонней жидкости в систему впуска ДВС в процессе эксплуатации транспортного средства, например при езде в дождливую погоду, по заводненным участкам дороги. В этом случае возможно повреждение ДВС с последующим дорогостоящим ремонтом.
Задачей изобретения является улучшение акустических характеристик воздухоочистителя ДВС транспортного средства.
Указанная задача в воздухоочистителе ДВС транспортного средства, содержащем корпус, на котором консольно смонтирован воздухозаборный патрубок, выполненный, по крайней мере, на части своей длины из пористого газопроницаемого материала.
Задача решается тем, что структура стенки воздухозаборного патрубка выполнена трехслойной, содержащей металлический или полимерный сетчатый каркасный элемент, звукопоглощающий пористый вспененный слой и внешний защитный звукопрозрачный газоводонепроницаемый слой.
Сетчатый каркасный элемент, как правило, выполнен в виде металлической проволочной сетки или металлической или пластиковой тонкостенной трубы, перфорированной отверстиями. Звукопоглощающий пористый вспененный слой выполнен, как правило, из открытоячеистого пенополиуретана. Внешний защитный звукопрозрачный газоводонепроницаемый слой может быть выполнен тканевым материалом, например малифлиз или из алюминизированной полиэстеровой или лавсановой пленки. Соединение составных слоев в трехслойную структуру, как правило, выполнено адгезивным или термоадгезивным способом.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На Фиг.1 показан корпус воздухоочистителя с воздухозаборным патрубком.
На Фиг.2 изображено поперечное сечение воздухозаборного патрубка.
На Фиг.3 показаны графические зависимости общих уровней шума от оборотов
ДВС.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано в воздухоочистителе ДВС, включающем в себя корпус 1, на котором консольно смонтирован воздухозаборный патрубок 2, через свободный срез которого происходит засасывание в цилиндры ДВС воздуха для образования топливо-воздушной смеси.
Для реализации изобретения структура стенки воздухозаборного патрубка 2 выполнена трехслойной, содержащей металлический или полимерный сетчатый каркасный элемент 3, звукопоглощающий пористый вспененный слой 4 и внешний защитный звукопрозрачный газоводонепроницаемый слой 5.
Сетчатый каркасный элемент 3 может быть выполнен в виде металлической проволочной сетки или металлической или пластиковой тонкостенной трубы, перфорированной отверстиями. Звукопоглощающий пористый вспененный слой 4 выполнен, как правило, из открытоячеистого пенополиуретана. Внешний защитный звукопрозрачный газоводонепроницаемый слой 5 может быть тканевым материалом, например малифлиз или слоем из алюминизированной полиэстеровой или лавсановой пленки. Соединение указанных составных слоев может быть выполнено адгезивным или термоадгезивным способом.
Ввиду того, что пористый слой 4 обладает слабыми звукоизлучательными качествами в низкочастотном диапазоне и высокими звукопоглащающими свойствами в области средних и высоких частот, а защитный звукопрозрачный газоводонепроницаемый слой 5 предохраняет от загрязнения как саму пористую структуру вспененного материала 4, так и внутреннее пространство воздухозаборного патрубка 2, то улучшаются акустические и эксплуатационные характеристики транспортного средства в целом. Кроме этого, применение защитного газоводонепроницаемого слоя 5 позволяет исключить эффект подсасывания воздуха через стенку воздухозаборного патрубка 2 с одновременным поглощение пористым вспененным слоем 4 звуковой энергии как газодинамических газовых пульсаций, так и попадающих на поверхность воздухозаборного патрубка звуковых волн диффузного звукового поля. Выполнение каркасного элемента 3 сетчатого типа исключает динамическое перевозбуждение стенки воздухозаборного патрубка 2 в виде дополнительного структурного шума.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить акустические характеристики воздухоочистителя ДВС транспортного средства за счет применения в конструкции трехслойной звукопоглощающей структуры воздухозаборного патрубка. Заявляемая структура воздухозаборного патрубка обладает двойным шумопонижающим эффектом. С одной стороны, происходит эффективное поглощение энергии диффузного звукового поля, формирующегося в частично замкнутом воздушном пространстве моторного отсека всеми активно действующими источниками шума, сосредоточенными в моторном отсеке, т.е. поглощение шумовой энергии от всех близлежащих источников излучения звука. С другой стороны, реализуется также и непосредственное ослабление переизлучения газодинамического шума и низкочастотных пульсаций, засасываемого в ДВС пульсирующего воздушного потока через стенку воздухозаборного патрубка.