RU2602469C2

RU2602469C2 - Air cleaner for internal combustion engine of a motor vehicle

Info

Publication number: RU2602469C2
Application number: RU2012133612/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Кудряшов; Игорь Викторович Дерябин; Сергей Александрович Андреянов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2016-11-20
Also published as: RU2012133612A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; motors and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular, to internal combustion engines (ICE), containing air cleaners to clean air incoming into air cylinders with simultaneous gas-dynamic noise killing function. Air cleaner of ICE of a motor vehicle comprises a housing, on which an air intake pipe is mounted cantilever fashion, wherein at least part of air intake pipe length is made from porous permeable material; air intake pipe wall structure consists of three layers containing metal or polymer mesh carcass element, sound-absorbing porous foamed layer and external protective sound-transparent and gas and water-proof layer.

EFFECT: improved acoustic characteristics of ICE air cleaner for a motor vehicle.

1 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to mechanical engineering, in particular to internal combustion engines (ICE), containing air purifiers for cleaning incoming air into the cylinders while performing the function of damping gas-dynamic noise.

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.In modern vehicles, the ICE air purifier, in addition to the direct function of cleaning (filtering) the air supplied to the ICE cylinders, also plays the role of a silencer of gas-dynamic air pulsations. For this purpose, the air purifier is usually made in the form of a volumetric expansion chamber with a filter element installed inside and an air inlet connected to the chamber. Such a chamber is a reactive type silencer using the principle of mismatch of the wave impedances of the inlet and outlet pipes in comparison with the wave impedance of the cavity of the silencer expansion chamber. The filter element located in the chamber cavity partially absorbs high-frequency sound energy, however, the degree of such absorption, due to the structure of the filter element having low hydraulic resistance, is clearly insufficient.

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.Known air purifier described in the application DE No. 4013848 (publ. 10/31/1991). The air purifier contains a special device in the form of a variable nozzle orifice, depending on the speed and load conditions of the internal combustion engine in its entire operating range.

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.A disadvantage of the known device is not only its complexity and high cost associated with the use of movable joints and nodes of adaptive control systems, but also that with an increase in the speed of the internal combustion engine, both the level of suction noise and the hydraulic resistance increase, and the increase in the nozzle passage with an increase in speed entails an additional increase in the intake noise of the internal combustion engine.

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.Another direction for improving the hydraulic and acoustic characteristics of air cleaner designs in the mid- and high-frequency region of the sound spectrum is the use of special acoustic resonators and / or noise-attenuating linings made of fibrous or foamy sound-absorbing materials that attenuate the amplification of sound emission by an air inlet with an enlarged flow area with a small air resistance .

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.In the application GB No. 2070682 (publ. 05.28.1983) presents the design of a combined silencer integrated in the air intake pipe of the air purifier. Along with the use of a smoothly expanding section, the air intake pipe is surrounded by a Helmholtz resonator communicating with the pipe through through perforated holes in the pipe wall. The cavity of the resonator may be filled with sound-absorbing material such as metallic wool.

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.The design drawback is the clutter of the passage sections of the intake pipe with a corresponding negative effect on the hydraulic resistance of the system as a whole. Also, the considered design does not change the flow cross sections of its air intake pipes depending on the operating mode of the internal combustion engine, which does not allow obtaining acceptable characteristics of noise suppression and hydraulic resistance in the entire operating (high-speed and load) operating range of the internal combustion engine.

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.Known air cleaner ICE described in the patent of the Russian Federation No. 2155274 (publ. 08.27.2000), taken as a prototype. The air purifier comprises a housing on which an air inlet pipe is mounted cantileverly and made at least in part of its length of a porous material. The structure of the porous wall of the pipe is made gas permeable, while at least the inlet and / or connecting portions of the pipe are made of porous gas permeable material. The air intake pipe can be made in the form of a single part of a porous gas-permeable material.

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.A disadvantage of the known design of the internal combustion engine air cleaner is the additional suction of air through the breathable porous structure of the wall of the air intake pipe. In this case, on the one hand, there is a decrease in the noise levels emitted by an open cut of the intake pipe, and on the other hand, the noise emitted directly by the porous air-permeable structure of the pipe wall due to the increased emission of sound energy generated by the intake system at the dominant frequencies 2- th and 4th motor harmonics, which is produced by the porous structure of the nozzle. Thus, the pipe wall itself becomes the dominant source of sound radiation, together increasing the area of the sound-emitting surface of the end portion of the sound-transmitting path of the ICE intake system. Moreover, the use of the rigid metal structure of the porous gas-permeable mesh material in the design of the air intake pipe of the air purifier does not provide it with broadband sound-absorbing properties due to the use of a practically non-deformable (dynamically rigid) metal porous skeleton. In this case, only the frictional mechanism for absorbing the energy of airborne sound waves is realized in the communicating channels of the porous structure of the mesh material, capable of absorbing sound energy only in a narrow frequency range of the sound spectrum. During operation of a vehicle equipped with the above air cleaner design, due to dust, dirt, etc., getting on the surface of the air intake pipe. partial dusting (“clogging”) of small pores of the material occurs, which leads to a certain loss of sound-absorbing properties. The most significant factor in this case is the high cost of the initial metal raw material (metal wire) with a complex technology for the manufacture of the porous structure of the mesh material as a semi-finished component in the technology for the manufacture of a one-piece design of the air intake of the air cleaner. In addition, the porous gas-permeable structure of the air intake pipe is also moisture-permeable, which increases the risk of foreign liquid entering the ICE intake system during the operation of the vehicle, for example, when driving in rainy weather, along waterlogged sections of the road. In this case, damage to the internal combustion engine is possible, followed by expensive repairs.

Задачей изобретения является улучшение акустических характеристик воздухоочистителя ДВС транспортного средства.The objective of the invention is to improve the acoustic characteristics of the air cleaner of the internal combustion engine of the vehicle.

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.The specified task in the air purifier of the internal combustion engine of a vehicle containing a housing on which an air intake pipe is mounted cantilevered, made at least in part of its length of a porous gas-permeable material.

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.The problem is solved in that the wall structure of the air intake pipe is made three-layer, containing a metal or polymer mesh frame element, a sound-absorbing porous foam layer and an external protective soundproof gas-tight layer.

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.The mesh frame element, as a rule, is made in the form of a metal wire mesh or a metal or plastic thin-walled pipe perforated with holes. The sound-absorbing porous foam layer is made, as a rule, of open-cell polyurethane foam. The external protective soundproof gas-impermeable layer can be made of fabric material, for example maliflis or of aluminized polyester or lavsan film. The connection of the composite layers in a three-layer structure, as a rule, is performed by an adhesive or thermo-adhesive method.

Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На Фиг.1 показан корпус воздухоочистителя с воздухозаборным патрубком.Figure 1 shows the body of the air purifier with an intake pipe.

На Фиг.2 изображено поперечное сечение воздухозаборного патрубка.Figure 2 shows a cross section of an air intake pipe.

На Фиг.3 показаны графические зависимости общих уровней шума от оборотовFigure 3 shows the graphical dependence of the total noise levels from speed

ДВС.ICE.

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.The claimed technical solution can be implemented in an ICE air purifier, including a housing 1, on which an air intake pipe 2 is mounted cantileverly, through a free cut of which air is sucked into the ICE cylinders to form a fuel-air mixture.

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.To implement the invention, the wall structure of the intake pipe 2 is made of a three-layer, containing a metal or polymer mesh frame element 3, a sound-absorbing porous foam layer 4 and an external protective sound-transparent gas-tight layer 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.The mesh frame element 3 can be made in the form of a metal wire mesh or a metal or plastic thin-walled pipe perforated with holes. Sound-absorbing porous foam layer 4 is made, as a rule, of open-cell polyurethane foam. The external protective soundproof gas-impermeable layer 5 may be a fabric material, for example maliflis or a layer of aluminized polyester or lavsan film. The connection of these composite layers can be performed by an adhesive or thermo-adhesive method.

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.Due to the fact that the porous layer 4 has weak sound-emitting qualities in the low-frequency range and high sound-absorbing properties in the medium and high frequencies, and the protective sound-transparent gas-tight layer 5 prevents pollution of both the porous structure of the foam material 4 and the interior of the air intake pipe 2, This improves the acoustic and performance characteristics of the vehicle as a whole. In addition, the use of a protective gas-tight layer 5 eliminates the effect of sucking air through the wall of the air intake pipe 2 with the simultaneous absorption of sound energy by the porous foam layer 4 of both gas-dynamic gas pulsations and sound waves of a diffuse sound field that fall onto the surface of the air intake pipe. The implementation of the frame element 3 of the mesh type eliminates the dynamic overexcitation of the wall of the air intake pipe 2 in the form of additional structural noise.

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.Thus, the proposed technical solution allows to improve the acoustic characteristics of the engine ICE air cleaner due to the use of a three-layer sound-absorbing structure of the air intake pipe in the design. The inventive structure of the intake pipe has a double noise-reducing effect. On the one hand, there is an effective absorption of the energy of a diffuse sound field, which is formed in the partially enclosed airspace of the engine compartment by all actively operating noise sources concentrated in the engine compartment, i.e. absorption of noise energy from all nearby sources of sound radiation. On the other hand, there is also a direct attenuation of the reemission of gas-dynamic noise and low-frequency pulsations, which are sucked into the internal combustion engine of a pulsating air flow through the wall of the air intake pipe.

Claims

An air purifier of an internal combustion engine of a vehicle, comprising a housing on which an air inlet pipe is mounted cantileverly made, at least in part of its length, of a porous gas-permeable material, characterized in that the wall structure of the air intake pipe is made of a three-layer metal-polymer frame element , sound absorbing porous foam layer and external protective soundproof gas-impermeable layer.