RU2219399C2 - Vehicle low-noise power unit - Google Patents
Vehicle low-noise power unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219399C2 RU2219399C2 RU2000117987/28A RU2000117987A RU2219399C2 RU 2219399 C2 RU2219399 C2 RU 2219399C2 RU 2000117987/28 A RU2000117987/28 A RU 2000117987/28A RU 2000117987 A RU2000117987 A RU 2000117987A RU 2219399 C2 RU2219399 C2 RU 2219399C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- crankshaft
- disk
- power unit
- engine
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000005428 Pistacia lentiscus Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building.
Один из важных экологических показателей силового агрегата (СА) транспортного средства, включающего двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и агрегаты трансмиссии, - уровень излучаемого ими шума. Известно, что передача наряду с источниками шума аэродинамического типа (выхлопом, впуском, вентилятором) уровнем акустического излучения от вибрирующих поверхностей корпусных деталей движущихся элементов приводов и агрегатов двигателя и трансмиссии является превалирующей в общем балансе излучаемой транспортным средством в окружающую среду звуковой энергии. Для существенного ослабления излучаемой силовым агрегатом транспортного средства звуковой энергии нашли широкое применение способы звукоизоляции (специальные кожухи и капсулы), виброизоляции (упругие полимерные прокладки, упругие втулки и т.п.), вибродемпфирования (специальные мастики или непосредственно конструктивные материалы с высоким коэффициентом потерь (многослойные материалы с полимерными прослойками, обладающими высоким внутренним трением при сдвиговых деформациях, сплавы с высоким демпфированием и т.п.)), звукопоглощения (пористые или волокнистые звукопоглощающие облицовки, монтируемые в пространстве моторного отсека и т. п. ), повышения механического импеданса (сопротивления) конструкций деталей (введением ребер жесткости, применением материалов с высоким модулем Юнга, утолщением стенок деталей и т.п.). Перечисленную выше гамму конструктивных воздействий на виброакустику силового агрегата можно условно отнести к методам пассивного воздействия на шумоизлучающую конструкцию. Существует еще и направление методов активного воздействия на акустическую активность СА, подразумевающее непосредственное конструктивное воздействие на непосредственные источники возбуждения колебаний. К ним следует отнести способы и устройства, основанные на применении модифицированных конструкций, обеспечивающих уменьшение амплитуд и ширины спектров частотного силового воздействия на конструкцию СА:
- неуравновешенных центробежных сил инерции, неуравновешенных сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, сил давления газа при сгорании топлива, импульсов давления при газообмене, сил ударов при перекладке поршней и в подшипниках (опорах), сил ударов при выборке тепловых зазоров и посадке клапанов, при пересопряжении зубьев распределительных шестерен, сил неоднородного трения и т.п.One of the important environmental indicators of the power unit (CA) of a vehicle, including an internal combustion engine (ICE) and transmission units, is the level of noise emitted by them. It is known that along with the transmission of aerodynamic-type noise sources (exhaust, intake, fan), the level of acoustic radiation from the vibrating surfaces of the body parts of the moving elements of the drives and units of the engine and transmission is prevailing in the overall balance of the sound energy emitted by the vehicle into the environment. In order to significantly attenuate the sound energy emitted by the vehicle’s power unit, sound insulation methods (special housings and capsules), vibration isolation (resilient polymer gaskets, elastic bushings, etc.), vibration damping (special mastics or directly structural materials with a high loss coefficient) are widely used. multilayer materials with polymer layers having high internal friction during shear deformations, alloys with high damping, etc.)), sound absorption ( porous or fibrous sound-absorbing linings mounted in the space of the engine compartment, etc.), increasing the mechanical impedance (resistance) of part structures (introducing stiffeners, using materials with a high Young's modulus, thickening the walls of parts, etc.). The above range of structural effects on the vibroacoustics of the power unit can be conditionally attributed to the methods of passive effects on the noise-emitting structure. There is also a direction of methods of active influence on the acoustic activity of SA, implying a direct constructive effect on the direct sources of excitation of vibrations. These include methods and devices based on the use of modified designs, providing a decrease in the amplitudes and widths of the spectra of the frequency power impact on the structure of the SA:
- unbalanced centrifugal inertia forces, unbalanced inertia forces of reciprocating moving masses, gas pressure forces during fuel combustion, pressure pulses during gas exchange, shock forces during piston shifting and in bearings (bearings), shock forces during selection of thermal clearances and valve seating, when reconnection of teeth of distribution gears, forces of inhomogeneous friction, etc.
В результате совершения рабочих процессов в цилиндрах поршневого ДВС и соответствующего преобразования тепловой энергии в механическую с использованием в качестве одного из основных преобразующих элементов кривошипно-шатунного механизма (КШМ), включающего такие основные элементы, как поршень, шатун, коленчатый вал и маховик, на выходных концах коленчатого вала получаем соответствующие значения скорости вращения и крутящего момента. Работа поршневого ДВС характеризуется совокупностью силовых воздействий на конструкцию корпусных деталей (блока цилиндров, головки цилиндров, картера), осуществляемых в основном элементами кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и передающихся через опорные связи (подшипники) к внешним поверхностям корпуса и вращающимся элементам (зубчатым колесам, шкивам, маховику) через зоны их сочленения или опорные поверхности. Пространственное перемещение жестких структур в виде колебаний с частотами 20... 20000 Гц стенок корпусных и вращающихся деталей трансформируется в энергию упругих волн, распространяемых в воздушной среде со скоростью 340 м/с (при to=20oC), называемой звуковой энергией или нежелательным шумом.As a result of working processes in the cylinders of the piston engine and the corresponding conversion of thermal energy into mechanical energy using the crank mechanism (KShM) as one of the main converting elements, including such basic elements as a piston, connecting rod, crankshaft and flywheel, at the weekend the ends of the crankshaft we get the corresponding values of speed and torque. The operation of a piston internal combustion engine is characterized by a combination of force actions on the design of body parts (cylinder block, cylinder head, crankcase), carried out mainly by elements of the crank and gas distribution mechanisms and transmitted through supporting links (bearings) to the outer surfaces of the housing and rotating elements (gears, pulleys, flywheel) through the zones of their articulation or supporting surfaces. The spatial movement of rigid structures in the form of vibrations with frequencies of 20 ... 20,000 Hz of the walls of body and rotating parts is transformed into the energy of elastic waves propagating in the air at a speed of 340 m / s (at t o = 20 o C), called sound energy or unwanted noise.
Элементом, подверженным максимальному силовому воздействию, в ДВС является кривошипно-шатунный механизм (газовые силы при сгорании топлива в цилиндрах, неуравновешенные силы и моменты инерции возвратно-поступательно движущихся масс (поршней, шатунов), силы ударов при выборке тепловых зазоров в сочленениях и т.п.). Основным элементом восприятия этих динамических воздействий является коленчатый вал и опоры коренных и шатунных подшипников коленчатого вала. В результате восприятия этих динамических нагрузок конструкция коленчатого вала и опор претерпевают соответствующие напряжения и упругие динамические деформации, передающиеся в силу хорошей вибропроводности металлов всем присоединительным узлам и деталям. Эти узлы и детали в свою очередь, деформируясь и/или перемещаясь в пространстве, передают их соседним элементам и/или же непосредственно излучают шум, обусловленный этими пространственными деформациями или перемещениями (как твердые колеблющиеся тела). An element subject to maximum force in the internal combustion engine is a crank mechanism (gas forces during fuel combustion in cylinders, unbalanced forces and moments of inertia of reciprocating moving masses (pistons, rods), impact forces when sampling thermal clearances in joints, etc. P.). The main element in the perception of these dynamic effects is the crankshaft and bearings of the main and connecting rod bearings of the crankshaft. As a result of the perception of these dynamic loads, the design of the crankshaft and bearings undergo the corresponding stresses and elastic dynamic deformations, which are transmitted due to the good vibration conductivity of the metals to all the connecting units and parts. These nodes and parts, in turn, deforming and / or moving in space, transmit them to neighboring elements and / or directly emit noise caused by these spatial deformations or displacements (like solid oscillating bodies).
Известны способы уменьшения этих деформаций и перемещений (см.:
- Jidosha Gijutsu, т. 44, 12, 1990, с. 94-99 (перевод с японского) "Совершенствование управления шумом работы двигателя путем уменьшения изгибающей вибрации системы "коленчатый вал - маховик";
- Jidosha Gijutsu, т.44, 12, 1990, с. 56-62 (перевод с японского) "Связь шума двигателя и характера поведения полукольцевых опор";
- JSAE Review, 6, november 1981, р. 19...25 (T. Atsumi, T. Nakakubo. "Engine Dowhsizing and Noise");
- MTZ Motortechnische Zeitschrift, 42, (1981) 7/8, b. 285...289. (E. Hoepke "Motor und Kurbelwelle als Schwingungssystem und ihr Einlub auf Kurbelwellen - Dichtungen").)
В качестве таких примеров может являться, например, уменьшение расстояния между опорами (уменьшение расстояния на каждые 10 мкм влечет снижение шума на 1 дБА), увеличение прочности и жесткости коленчатого вала за счет увеличения диаметра его шеек, увеличение жесткости вкладышей подшипниковых узлов путем их объединения с помощью спецплиты в единый жесткий слабодемпфируемый моноблок, применение специального "упругого" маховика (в качестве динамического виброгасителя), использование демпферов крутильных и изгибных колебаний коленчатого вала, уменьшение величин зазоров в коренных подшипниках, увеличение числа опор коленвала (например, использование 5-ти опор вместо 3-х в рядном 4-цилиндровом двигателе обеспечивает эффект снижения шума двигателя на 3 дБА), увеличение толщины стенок блок-картера двигателя, введение специальных ребер жесткости и силозамыкающих перемычек в конструкции блок-картера.Known methods for reducing these deformations and displacements (see:
- Jidosha Gijutsu, vol. 44, 12, 1990, p. 94-99 (translated from Japanese) "Improving the noise control of engine operation by reducing the bending vibration of the" crankshaft - flywheel "system;
- Jidosha Gijutsu, vol. 44, 12, 1990, p. 56-62 (translated from Japanese) "The relationship of engine noise and the behavior of half-ring supports";
- JSAE Review, 6, November 1981, p. 19 ... 25 (T. Atsumi, T. Nakakubo. "Engine Dowhsizing and Noise");
- MTZ Motortechnische Zeitschrift, 42, (1981) 7/8, b. 285 ... 289. (E. Hoepke "Motor und Kurbelwelle als Schwingungssystem und ihr Einlub auf Kurbelwellen - Dichtungen").)
Examples of such examples are, for example, a decrease in the distance between the bearings (a decrease in the distance for every 10 μm leads to a 1 dBA decrease in noise), an increase in the strength and rigidity of the crankshaft due to an increase in the diameter of its necks, an increase in the rigidity of the bearing shells by combining them with using a special plate into a single hard weakly damping monoblock, the use of a special “elastic” flywheel (as a dynamic vibration damper), the use of torsional and bending vibration dampers of the cranked la, reducing the clearance in the main bearings, increasing the number of crankshaft bearings (for example, using 5 bearings instead of 3 in an in-line 4-cylinder engine provides an effect of reducing engine noise by 3 dBA), increasing the wall thickness of the engine crankcase, introduction special stiffeners and self-locking jumpers in the design of the crankcase.
Эта приведенная выше информация дополняется многочисленными известными патентами устройств, обеспечивающих снижение шума двигателя за счет конструктивного воздействия на блок-картер двигателя в зоне соединения с подшипниковыми узлами коленвала, непосредственно на сами вкладыши коренных опор, выполнения подшипниковых узлов коленвала (коренных опор) в виде единого моноблока или дополнительного связующего звена, выполняющего роль элемента жесткости, виброизоляции или вибродемпфирования (см. а.с. СССР 1015096, заявка Великобритании 2105784, заявка ЕПВ 0038560, заявка ЕПВ 0056347, заявка Японии 60-95164, заявка Японии 60-13957, заявка Японии 62-27263, патент США 4445471, патент США 4445472, патент США 4412514, патент США 4423667, патент Великобритании 1492765). This information is supplemented by numerous well-known patents of devices that provide engine noise reduction due to the structural effect on the engine crankcase in the area of connection with the crankshaft bearing assemblies, directly on the main bearing shells, and the execution of the crankshaft bearing assemblies (main bearings) in the form of a single monoblock or an additional connecting link acting as an element of stiffness, vibration isolation or vibration damping (see AS USSR 1015096, application UK 2105784, s turnout EPO 0038560, EPO application 0056347, Japanese Patent Application 60-95164, Japanese Patent Application 60-13957, Japanese Patent Application 62-27263, US patent 4445471, US patent 4445472, US patent 4412514, US patent 4423667, UK patent 1492765).
Все перечисленные выше устройства достаточно эффективно воздействуют на ослабление излучения шума корпусными деталями двигателя (блоком цилиндров, блок-картером, масляным поддоном) и в это же время слабо или практически не воздействуют на излучение звука жестко закрепленного на концевой части коленвала маховика двигателя. Маховик двигателя, как излучатель звука, представляет собой крупногабаритную круглую вращающуюся пластину со свободными краями, возбуждаемую в центре (за зону крепления с коленвалом). В определенной степени как звуковой излучатель он аналогичен диафрагме громкоговорителя. Излучение звука вибрирующей поверхностью диска маховика обусловлено как изгибными деформациями (вибрациями) концевого участка коленвала, на который жестко "посажен" маховик, так и продольными (осевыми) упругими деформациями коленвала (в этом случае излучение звука диском осуществляется в результате его пульсирующих осевых виброперемещений, как излучателя "поршневого типа"). Кроме того, в соответствии со своими массовыми, упругими и диссипативными характеристиками диск маховика как механическая колебательная система с распределенными параметрами будет совершать изгибные колебания на своих собственных частотах (модах). Крутильные колебания коленвала и присоединенного маховика непосредственно не могут вызывать заметного излучения звука диском маховика (излучение от крутильных колебаний маховика). Однако, учитывая, что все виды колебаний коленвала взаимосвязаны и появление колебаний одного типа (например, крутильных) влечет вследствие их связанности появление или усиление колебаний другого типа (например, изгибных), то они также будут вносить свой ощутимый вклад в усиление пространственных осевых и изгибных виброперемещений диска маховика и, соответственно, в излучаемый им вследствие этого шум. All of the above devices quite effectively affect the attenuation of noise by engine parts of the engine (cylinder block, crankcase, oil pan) and at the same time have little or no effect on the sound emission of the engine flywheel rigidly fixed to the end of the crankshaft. The engine flywheel, as an emitter of sound, is a large-sized circular rotating plate with free edges, excited in the center (behind the mounting zone with the crankshaft). To a certain extent, as a sound emitter, it is similar to the diaphragm of a loudspeaker. Sound radiation by the vibrating surface of the flywheel disk is caused by both bending deformations (vibrations) of the end section of the crankshaft on which the flywheel is rigidly “mounted” and longitudinal (axial) elastic deformations of the crankshaft (in this case, the sound is emitted by the disk as a result of its pulsating axial vibrations, as emitter "piston type"). In addition, in accordance with its mass, elastic and dissipative characteristics, the flywheel disk, as a mechanical oscillatory system with distributed parameters, will perform bending vibrations at its own frequencies (modes). Torsional vibrations of the crankshaft and the attached flywheel cannot directly cause noticeable radiation of sound from the flywheel disk (radiation from torsional vibrations of the flywheel). However, taking into account that all types of crankshaft vibrations are interconnected and the appearance of vibrations of one type (for example, torsional) entails the appearance or amplification of vibrations of another type (for example, bending) due to their connectedness, they will also make their tangible contribution to the strengthening of spatial axial and bending vibration displacements of a flywheel disk and, accordingly, into noise emitted by it as a result of this.
Все известные технические решения слабо влияют или совсем не влияют на излучение звука диском маховика. В то же время они сложны, дороги, нетехнологичны и т.п. Более того, использование податливых вибродемпфирующих полуколец коренных подшипников или виброизолирующих прокладок, уменьшая передачу виброусилий в постели за счет преобразования механической работы на деформирование материала с высоким внутренним трением (высоким коэффициентом потерь) в тепловую энергию, не только не снижает динамические деформации (вибрации) коленвала и, соответственно, маховика, но даже увеличивает их (т. к. этому позволяет большая свобода перемещений в более динамически податливых опорных связях). All known technical solutions have little or no effect on the sound emission by the flywheel disk. At the same time, they are complicated, expensive, low-tech, etc. Moreover, the use of flexible vibration-damping half-rings of main bearings or vibration-isolating gaskets, reducing the transmission of vibration in bed by converting mechanical work to deformation of material with high internal friction (high loss coefficient) into thermal energy, not only does not reduce the dynamic deformation (vibration) of the crankshaft and , respectively, the flywheel, but even increases them (because this allows greater freedom of movement in more dynamically pliable support connections).
Демпферы крутильных и изгибных колебаний коленвала (динамические виброгасители) оказывают "успокаивающее" влияние на коленвал и маховик только на резонансном режиме колебаний, на который они настроены, на других эксплуатационных режимах часто возможно ухудшение вследствие нежелательного резонанса всей колебательной системы, включая динамический виброгаситель. Такая конструкция дорогостоящая, причем чувствительная к расстройке, требующая достаточно "тонких" технологий и специальных материалов в массовом производстве, обеспечивающих жесткие допуски на упругие и демпфирующие характеристики резиновых смесей. Dampers of torsional and bending vibrations of the crankshaft (dynamic vibration dampers) exert a “soothing” effect on the crankshaft and flywheel only in the resonance mode of vibrations to which they are tuned; in other operating modes, deterioration due to unwanted resonance of the entire vibration system, including the dynamic vibration damper, is often possible. This design is expensive, and sensitive to malfunctioning, requiring sufficiently "thin" technologies and special materials in mass production, providing tight tolerances on the elastic and damping characteristics of rubber compounds.
Уменьшение зазоров в коренных подшипниках хоть и обеспечивает (ограничивает) динамические виброперемещения опор коленвала и пространственные перемещения коленвала с маховиком, однако оно лимитируется условиями масляного клина и, соответственно, надежностью ДВС, а также требует использования очень жестких технологических допусков на сопрягаемые размеры деталей (включая селективную сборку) и более сложного и дорогостоящего производственного, технологического и контрольного оборудования. Reducing the clearance in the main bearings, although it provides (limits) the dynamic vibration displacements of the crankshaft bearings and the spatial displacements of the crankshaft with the flywheel, however, it is limited by the conditions of the oil wedge and, accordingly, the reliability of the internal combustion engine, and also requires the use of very tight technological tolerances on the mating dimensions of the parts (including selective assembly) and more complex and expensive production, technological and control equipment.
Введение дополнительных элементов ужесточения конструкции подшипникового узла коленвала и частичного ограничения, таким образом, деформаций и виброперемещений составных элементов КШМ хотя и благоприятно сказывается на ослаблении передачи вибрационной энергии на блок-картер двигателя, но недостаточно эффективно сказывается на динамических деформациях коленвала и, соответственно, на вибрациях и шуме маховика, существенно увеличивает материалоемкость конструкции и трудоемкость изготовления и сборки двигателя (введение дополнительного крупногабаритного узла ДВС). The introduction of additional elements to tighten the design of the crankshaft bearing assembly and partially limit, therefore, deformations and vibration displacements of the components of the crankshaft, although it favorably affects the weakening of the transmission of vibrational energy to the engine block crankcase, but does not sufficiently affect the dynamic deformations of the crankshaft and, accordingly, the vibrations and the noise of the flywheel, significantly increases the material consumption of the structure and the complexity of manufacturing and assembling the engine (introduction of an additional th ICE bulky node).
В качестве прототипа принят силовой агрегат автомобиля ВАЗ-2121, см. Вершигора В. А. и др. Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива". М..: Транспорт, 1980, с. 6, 19, рис. 2, 15, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и элементов трансмиссии, в котором на приводном (коленчатом) валу двигателя смонтирован маховик, кинематически связанный с фрикционным (ведомым) диском сцепления. Маховик отлит из чугуна и имеет напрессованный стальной зубчатый обод с закаленными зубьями для принудительного пуска двигателя стартером. The power unit of a VAZ-2121 car was adopted as a prototype, see V. Vershigora et al. VAZ-2121 Niva car. M ..: Transport, 1980, p. 6, 19, fig. 2, 15, consisting of an internal combustion engine and transmission elements, in which a flywheel kinematically connected with a friction (driven) clutch disc is mounted on the drive (crankshaft) shaft of the engine. The flywheel is cast iron and has a pressed-in steel toothed rim with hardened teeth for forcing the engine to start with a starter.
Недостатком прототипа является повышенный шум, излучаемый колеблющейся дисковой частью маховика в окружающее воздушное пространство. The disadvantage of the prototype is the increased noise emitted by the oscillating disk part of the flywheel into the surrounding airspace.
Решение технической задачи предполагает улучшение акустических качеств силового агрегата и транспортного средства в целом за счет уменьшения шума, излучаемого колеблющейся структурой маховика. The solution to the technical problem involves improving the acoustic qualities of the power unit and the vehicle as a whole by reducing the noise emitted by the oscillating structure of the flywheel.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном силовом агрегате, содержащем, в частности, ведущий (коленчатый) вал, на котором смонтирован маховик, кинематически связанный с ведомым диском сцепления трансмиссии, в дисковой части маховика, находящейся вне контакта с ведомым диском сцепления и размещенной между наружными торцами диска сцепления и самого маховика, аксиально оси вала выполнены сквозные отверстия, расположенные на равных расстояниях друг от друга. В предпочтительном варианте оси отверстий располагают на равных расстояниях от наружных торцев дисков сцепления и маховика. Степень перфорации дисковой части маховика подбирается для конкретного силового агрегата с учетом достижения оптимальной эффективности шумоглушения и обеспечения необходимого момента инерции маховика и его прочностных качеств. The essence of the invention lies in the fact that in a known power unit, including, in particular, a drive (crankshaft) shaft on which a flywheel is mounted kinematically connected to the transmission clutch disc, in the disk part of the flywheel which is out of contact with the clutch disc and is located between the outer ends of the clutch disc and the flywheel itself, axial holes are made through holes located at equal distances from each other. In a preferred embodiment, the axis of the holes are located at equal distances from the outer ends of the clutch discs and the flywheel. The degree of perforation of the disk part of the flywheel is selected for a particular power unit, taking into account the achievement of optimal noise reduction efficiency and ensuring the necessary moment of inertia of the flywheel and its strength properties.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где
- на фиг. 1 показан фрагмент силового агрегата,
- на фиг. 2 показан вид слева на фиг.1,
- на фиг. 3 показана схема осесимметричных колебаний маховика,
- на фиг. 4 показана схема зонтичных колебаний маховика,
- на фиг. 5 показана схема поршневых колебаний маховика.The invention is illustrated in the drawings, where
- in FIG. 1 shows a fragment of a power unit,
- in FIG. 2 shows a left view in figure 1,
- in FIG. 3 shows a diagram of axisymmetric oscillations of the flywheel,
- in FIG. 4 shows a diagram of umbrella oscillations of the flywheel,
- in FIG. 5 shows a diagram of piston vibrations of a flywheel.
Дополнительно на фиг. 3-5 показаны схемы формирования импульсов (полей) давлений в окружающем маховик воздушном пространстве по обеим противоположным сторонам колеблющегося диска маховика. Additionally, in FIG. 3-5, pressure generation pulses (fields) are shown in the air space surrounding the flywheel on both opposite sides of the oscillating flywheel disk.
Стрелками и символом -Р- условно показаны потоки излучаемой звуковой энергии от диска маховика. Arrows and the symbol -P- conditionally show the streams of radiated sound energy from the flywheel disk.
Силовой агрегат содержит, в частности, ведущий (коленчатый) вал 1 двигателя внутреннего сгорания, на котором смонтирован маховик 2, кинематически связанный с ведомым диском 3 сцепления. В дисковой части 4 маховика 2, находящейся вне контакта с ведомым диском 3, фиг. 1 и 2, и размещенной между наружными торцами 5 и 6 соответственно диска 3 сцепления и маховика 2, аксиально оси Х-Х вала 1 выполнены сквозные отверстия 7, расположенные на равных расстояниях друг от друга. В предпочтительном варианте оси О-О отверстий 7 располагают на равных расстояниях от торцов 5 и 6. The power unit includes, in particular, a drive (crankshaft) shaft 1 of the internal combustion engine, on which a flywheel 2 is mounted kinematically connected to the driven clutch disk 3. In the
Маховик 2 двигателя как излучатель звука представляет собой крупногабаритную круглую вращающуюся пластину со свободными краями, возбуждаемую в центре (за зону крепления с коленвалом 1). В определенной степени как звуковой излучатель он аналогичен диафрагме громкоговорителя. Излучение звука вибрирующей поверхностью диска маховика 2 обусловлено как изгибными деформациями (вибрациями) участка коленвала 1, на который жестко "посажен" маховик 2, так и продольными (осевыми) деформациями коленвала 1 (в этом случае излучение диска осуществляется из-за пульсирующих осевых виброперемещений как излучателя "поршневого типа"). Кроме того, в соответствии со своими массовыми, упругими и диссипативными характеристиками диск маховика 2 как механическая колебательная система с распределенными параметрами будет совершать колебания на своих собственных частотах (формах). Крутильные колебания коленвала 1 и присоединенного маховика 2 непосредственно не могут вызывать заметного излучения звука диском маховика 2 (излучение от крутильных колебаний маховика). Однако, учитывая, что все виды колебаний коленвала 1 взаимосвязаны и появление колебаний одного типа влечет вследствие их связанности появление или усиление колебаний другого типа, то они также будут вносить свой ощутимый вклад в усиление пространственных осевых и изгибных виброперемещений диска маховика 2 и, соответственно, в излучаемый им вследствие этого шум. The flywheel 2 of the engine as a sound emitter is a large round rotating plate with free edges, excited in the center (for the mounting zone with crankshaft 1). To a certain extent, as a sound emitter, it is similar to the diaphragm of a speaker. Sound radiation by the vibrating surface of the flywheel disk 2 is caused by both bending deformations (vibrations) of the crankshaft 1 portion on which flywheel 2 is firmly “mounted” and longitudinal (axial) deformations of the crankshaft 1 (in this case, the disk is emitted due to pulsating axial vibrations as emitter "piston type"). In addition, in accordance with its mass, elastic and dissipative characteristics, the flywheel disk 2 as a mechanical oscillating system with distributed parameters will oscillate at its own frequencies (forms). Torsional vibrations of the crankshaft 1 and the attached flywheel 2 cannot directly cause noticeable radiation of sound by the flywheel disk 2 (radiation from torsional vibrations of the flywheel). However, taking into account that all types of vibrations of the crankshaft 1 are interconnected and the appearance of vibrations of one type entails the appearance or amplification of vibrations of another type due to their connectedness, they will also make a significant contribution to the amplification of spatial axial and bending vibrations of the flywheel disk 2 and, accordingly, to the noise emitted by him as a result.
Из представленных на фиг. 3-5 схем видно, что в динамике маховик 2 совершает соответственно осесимметричные, зонтичные и поршневые колебания, при этом по обе стороны колеблющегося диска маховика образуются зоны повышенного (+) и пониженного (-) давления, т.е. генерируются звуковые волны. Стремясь к равновесию (выравниванию), прилегающая к диску маховика 2 воздушная среда начинает перетекать из зоны повышенного давления в зону повышенного давления через внешний торец 6 маховика 2. При высокочастотных (быстрых) процессах колебаний выравнивание (компенсация) полей давлений через периферические зоны торца 6 в отличие от низкочастотных (медленных) процессов колебаний происходит малоэффективно и нуждается в интенсификации за счет введения дополнительных путем быстрого выравнивания полей давлений. From those shown in FIG. 3-5 diagrams it is seen that in dynamics, flywheel 2 performs axisymmetric, umbrella, and piston vibrations, respectively, while zones of increased (+) and reduced (-) pressure are formed on both sides of the oscillating disk of the flywheel, i.e. sound waves are generated. In an effort to balance (equalize), the air surrounding the flywheel disk 2 begins to flow from the pressure zone to the pressure zone through the
В предлагаемом техническом решении предлагается ускорить процесс компенсации разницы по величине давления по обе стороны дисковой части маховика 2 за счет создания короткого акустического замыкания, путем введения определенным образом в его дисковой части 4 отверстий 7 перфорации, которые уменьшают путь прохождения (выравнивания) импульсов давлений из области с его более высоким значением в область с более низким значением давления за счет перетекания упругой воздушной среды через эти перфорированные отверстия. The proposed technical solution proposes to accelerate the process of compensating for the difference in pressure on both sides of the disk part of the flywheel 2 by creating a short acoustic circuit by introducing, in a certain way, 4 perforation holes 7 in its disk part, which reduce the path of pressure pulses from the region with its higher value in the region with a lower pressure value due to the flow of elastic air through these perforated holes.
Размер и число отверстий 7 (степень перфорации диска маховика) подбираются исходя из следующих соображений. The size and number of holes 7 (the degree of perforation of the flywheel disk) are selected based on the following considerations.
В наиболее оптимальном варианте диаметр отверстия 7 примерно должен соответствовать толщине диска маховика 2. При меньших значениях диаметра отверстий, например до 0,25 толщины диска, за счет существенного роста сопротивлений продавливания среды малых через отверстия 7 только ее малая часть будет "перетекать" через отверстия, а в большей мере компенсация будет осуществляться через периферический торец 6. Особенно это имеет значение при "быстрых" (высокочастотных) колебаниях. В этом случае при применении очень малых отверстий эффективность предлагаемого решения практически сводится на нет. При значениях диаметра отверстий, превышающих толщину диска, например, приблизительно в 2 раза, такой прием уже начинает сказываться на массе маховика и его прямой функции, т.к. существенно снижается момент его инерции. Устранение этого недостатка за счет увеличения габаритов маховика, с одной стороны, нежелательно, например, с точки зрения стоимости, а с другой стороны, возможности такого подхода ограничены, например, по условиям общей компоновки силового агрегата и транспортного средства в целом. In the most optimal case, the diameter of the hole 7 should approximately correspond to the thickness of the disk of the flywheel 2. For smaller values of the diameter of the holes, for example, to 0.25 of the thickness of the disk, due to a significant increase in the resistance to forcing medium small through holes 7, only a small part of it will “flow” through the holes , and to a greater extent, compensation will be carried out through the
Поскольку отверстия 7 должны быть постоянно открытыми (не перекрываться ведомым диском сцепления), их практическое расположение возможно только в кольцевом участке 4 маховика, ограниченном торцами 5 и 6. В наиболее оптимальном варианте ось О-О отверстий 7 должна располагаться на равных расстояниях от названных торцев 5 и 6. Since the holes 7 must be constantly open (not overlapped by the clutch plate), their practical location is possible only in the
Предложенное техническое решение позволяет просто и дешево улучшить акустические качества силового агрегата во всем скоростном и нагрузочном диапазоне работы двигателя внутреннего сгорания, т.к. воздействию подвергается непосредственный излучатель звука - маховик. The proposed technical solution allows simple and cheap to improve the acoustic quality of the power unit in the entire speed and load range of the internal combustion engine, because The direct emitter of the sound, the flywheel, is exposed.
Следует отметить еще один важный положительный эффект, перфорирование дисковой части маховика, а именно улучшение вентилируемости пространства узла сцепления с соответствующим понижением температуры фрикционных накладок ведомого диска сцепления - одного из определяющих факторов долговечности и надежности этого узла. It is worth noting another important positive effect, perforation of the flywheel disk part, namely, improving the ventilated space of the clutch assembly with a corresponding decrease in the temperature of the friction linings of the driven clutch disc, one of the determining factors in the durability and reliability of this assembly.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000117987/28A RU2219399C2 (en) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Vehicle low-noise power unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000117987/28A RU2219399C2 (en) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Vehicle low-noise power unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2219399C2 true RU2219399C2 (en) | 2003-12-20 |
Family
ID=32065182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000117987/28A RU2219399C2 (en) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Vehicle low-noise power unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2219399C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2105784A (en) * | 1981-08-12 | 1983-03-30 | List Hans | Low-noise-level internal combustion engines |
| SU1747786A1 (en) * | 1990-02-20 | 1992-07-15 | А А.Гамворонский и А Т.Гайворонский | Gearing |
-
2000
- 2000-07-05 RU RU2000117987/28A patent/RU2219399C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2105784A (en) * | 1981-08-12 | 1983-03-30 | List Hans | Low-noise-level internal combustion engines |
| SU1747786A1 (en) * | 1990-02-20 | 1992-07-15 | А А.Гамворонский и А Т.Гайворонский | Gearing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВЕРШИГОРА В.А. и др. Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива". - М.: Транспорт, 1980. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2361666T3 (en) | INSULATING SET OF TWO TONES. | |
| CN110998137B (en) | Viscous torsional vibration damper or absorber for a crankshaft of an internal combustion engine | |
| Tandon | Noise-reducing designs of machines and structures | |
| RU2219399C2 (en) | Vehicle low-noise power unit | |
| Jenkins et al. | Design aspects of low-noise diesel engines | |
| US8550209B2 (en) | Muffler for a turbo or piston engine | |
| JP2011226479A (en) | Pulley, torsional vibration damper and crankshaft of internal combustion engine | |
| JPS6315471B2 (en) | ||
| Russell | Reduction of noise emissions from diesel engine surfaces | |
| RU2149271C1 (en) | Vehicle engine unit clutch housing jacket | |
| JP2930220B2 (en) | Internal combustion engine with reciprocating piston | |
| RU2160398C2 (en) | Damper of crankshaft oscillations of internal combustion engine | |
| RU2118683C1 (en) | Internal combustion engine | |
| CN102177040B (en) | Device for supporting structural unit on internal combustion engine | |
| RU2129218C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2333376C2 (en) | Wheeled motor vehicle clutch casing | |
| JP2002168291A (en) | Dynamic damper system | |
| RU2172845C1 (en) | Internal combustion engine valve-timing gear | |
| RU2172853C1 (en) | Vehicle internal combustion engine casing | |
| Fachbach et al. | An approach to a quiet car diesel engine | |
| JPS5851388Y2 (en) | engine | |
| JPH03194237A (en) | Fluid-filled power unit mount device | |
| JP2001173544A (en) | Structure for mounting engine starter | |
| RU2115007C1 (en) | Oil sump of internal combustion engine | |
| JPS6252136B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060706 |