модульный агрегат топливоподачи системы питания двигателя транспортного средства

Формула изобретения

1. Модульный агрегат топливоподачи системы питания двигателя транспортного средства, содержащий топливный бак, в котором смонтирован электробензонасос, с зазором, охваченный рассеивателем акустической энергии, отличающийся тем, что последний выполнен в виде перфорированной капсулы, эквидистантно расположенной по отношению к стенкам корпуса электробензонасоса, причем расстояние от боковых стенок корпуса до стенок перфорированной капсулы составляет 1/4 длины звуковой волны доминирующей частоты излучения звука корпусом электробензонасоса.

2. Модульный агрегат по п.1, отличающийся тем, что капсула выполнена из высокодемпфирующего металлического пористого сетчатого материала или металлорезины.

3. Модульный агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между капсулой и корпусом насоса, с возможностью непосредственного контакта, локально размещены дополнительные вибродемпфирующие элементы из высокодемпфирующего металлического пористого материала, аналогичного структуре капсулы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к модульным агрегатам топливоподачи системы питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), включающим топливный бак с встроенным электробензонасосом.

Известна система питания, обеспечивающая подачу топлива с использованием карбюратора и включающая топливный бак, систему топливопроводов, топливный фильтр, автономный бензонасос с механическим приводом, смонтированный на корпусе двигателя, и пр. (см. Вершигора В.А., Игнатов А.П., Автомобиль ВАЗ-2108. - М. : ДОСААФ, 1986. - стр. 73-75). Такая топливная система не содержит компактного модульного агрегата топливоподачи в виде бензонасоса, интегрированного в структуру бензобака, т.е. встроенного электробензонасоса внутри бака и, соответственно, в такой системе нет проблемы генерирования ни воздушного шума внутри замкнутой полости бака электробензонасосом, ни структурного шума, передаваемого через его опорные части на стенки бака твердым путем. В последнем случае электробензонасос является динамическим возбудителем и выступает как электродинамический вибратор, а вибрирующая оболочка бака - как излучатель звука типа диффузора громкоговорителя (звуковой колонки). Внутри полости такого бака имеется развитая поперечная перегородка, перпендикулярно закрепленная к верхней стенке бака и опускающаяся вниз до нижней стенки с образованием небольшого зазора (~ 10 мм) для возможности перетекания топлива. Перегородка содержит также три больших отверстия ~15...20 мм, и ее назначение - ослаблять плескание топлива в баке путем его дросселирования через зазор и отверстия при резких поворотах автомобиля "влево-вправо".

Такой топливный бак без встроенного в его полость электробензонасоса является практически бесшумным, так как он не содержит существенных внутренних и внешних источников динамического (вибрационного и шумового) возбуждения как воздушной полости, так и структуры стенок оболочки бака.

Известны системы питания ДВС, использующие вместо карбюратора элементы электронного впрыска топлива в цилиндры двигателя, включающие модульный агрегат топливоподачи в виде электробензонасоса, смонтированного в топливном баке (см. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. - М., "Третий мир", 1998 г.). В этом случае забор топлива электробензонасосом происходит из образованной специальной камеры, расположенной в днище бака. Так как в этом случае проблема плескания топлива практически не влияет на равномерность его подачи в систему питания ДВС, то необходимость в дополнительной успокоительной перегородке внутри полости бака, как правило, отпадает. Однако, как уже было отмечено выше, ввиду монтажа внутри полости бака электробензонасоса возникает специфическая актуальная задача ослабления вибрационного возбуждения и звукового излучения оболочкой топливного бака в кабину транспортного средства и окружающую среду. Как показывает опыт эксплуатации, например, легковых автомобилей, содержащих топливный бак с встроенным электробензонасосом, последний может являться весьма ощутимым и неприятным акустическим дефектом автомобиля, отрицательно влияющим на акустический комфорт в салоне автомобиля и на потребительскую оценку вне автомобиля. Шум от работы электробензонасоса легко и раздражающе ощущается в салоне автомобиля как при работе двигателя на холостом ходу на стоянке, так и при движении автомобиля по автостраде. При этом, как правило, спектр шума такого источника (топливного бака с встроенным электробензонасосом) является достаточно широкополосным, содержит выраженные высокочастотные составляющие 1000...3000 Гц, чувствительность человеческого уха к которым является максимальной. Все это требует применения эффективных конструктивных противошумовых мероприятий, направленных на использование электробензонасосов с низким излучением корпусного шума, применения высокоэффективных виброизоляторов между корпусом электобензонасоса и структурой оболочки бака. Для изготовления таких виброизоляторов, как правило, широко применяется дорогостоящая бензостойкая фторкаучуковая резина и чем меньше набухательные свойства такой резины, тем она существенно дороже. Тем не менее, кроме изменений геометрических, упругих и демпфирующих характеристик таких виброизоляторов в процессе длительной эксплуатации, влекущих ухудшение виброизоляционных свойств опорных связей (подушек), уменьшается долговечность и надежность применения таких конструкций.

Известны многочисленные технические решения, базирующиеся на указанных выше технических приемах ослабления шума системы питания, содержащей бензобак с встроенным электробензонасосом в виде единого модульного агрегата топливоподачи системы питания ДВС.

В известном решении по заявке ФРГ N 3644307, МКИ F 02 M 37/10, B 60 K 15/02, публ. 07.07.88 г. установка подкачивающего насоса, погруженного в топливо автомобильного топливного бака, произведена через эластичные демпфирующие элементы на стойке, закрепленной в баке, что ослабляет структурное динамическое возбуждение стенок бака и уменьшает структурный шум стенок бака.

Из Европейской заявки N 0131835, МКИ B 60 K 15/02, публ. 23.01.85 г. известно опорное устройство для топливного насоса, содержащее несколько опор и один упругий элемент для специального гашения вибрации насоса, расположенный между топливным насосом и опорами таким образом, что закрывает насос.

Известно устройство для установки электрического топливного насоса в баке автомобиля, описанное в патенте ФРГ N 3714307, МКИ F 02 M 37/10, B 60 K 15/02, публ. 24.11.88 г., содержащее специальный держатель, закрепленный на баке, на котором через демпфирующие элементы из эластичного материала установлен погружной топливный насос. Демпфирующие элементы образованы несколькими перемычками, которые проходят от насоса к держателю в одинаковом окружном направлении вокруг оси вращения насоса и имеют разную длину, пропорциональную радиальному расстоянию от их средней оси до оси вращения.

Из патента ФРГ N 3912773, МКИ F 02 M 37/10, F 16 F 15/04, F 02 B 77/13, B 60 K 15/03, публ. 12.07.90 г. известно крепление топливоподкачивающего насоса внутри топливного бака, которое содержит зафиксированную в топливном баке опору насоса, в которой насос закреплен с промежуточной установкой по меньшей мере одного демпфирующего элемента, который сохраняет свою эластичность в топливе.

Известно устройство для подачи топлива, описанное в заявке ФРГ N 3914081, МКИ F 02 M 37/10, B 60 K 15/03, F 04 B 11/00, публ. 08.11.90 г., которое содержит встроенный в топливный бак топливоподающий агрегат, который закреплен на установочном элементе, соединенном при помощи демпфирующего устройства с крепежным устройством. Демпфирующее устройство содержит металлическую пружину, которая при помощи резиноэластичного буфера закреплена на установочном элементе.

Из заявки Франции N 2646209, МКИ F 02 M 37/08, 37/10, публ. 26.10.26 г. известен держатель топливного насоса, расположенного внутри топливного бака, содержащий амортизирующие элементы из листового материала в виде сетки, решетки или ячеистой конструкции.

Из заявки Японии N 3-62905, МКИ F 02 M 37/22, B 01 J 20/26, F 02 M 37/10, публ. 27.09.91 г. известен автомобильный бак, внутри которого установлен топливный насос. Между насосом и баком размещен виброизолятор, выполненный из композиции гигроскопичного и негигроскопичного полимера.

Также для уменьшения структурного шума, источником которого является работающий внутри топливного бака электробензонасос, последний помещают в дополнительный корпус (кожух), внутри которого насос виброизолируют при помощи различных демпфирующих элементов или устройств.

Известно устройство для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, описанное в заявке ФРГ N 3822224, МКИ F 02 M 37/10, F 02 B 77/13, публ. 04.01.90 г., содержащее топливный бак и установленный в баке топливоподкачивающий насос. Насос, с целью уменьшения передачи структурного шума, охватывает омываемый топливом демпфирующий элемент, который имеет закрепленный в топливном баке корпус, в котором с помощью упругих элементов, таких как пружины сжатия или растяжения, резиновые или пластмассовые хомуты или кольца, установлен насос с наличием полости между ним и внутренней стенкой корпуса.

Из заявки Франции N 2640555, МКИ B 60 K 15/01, публ. 22.06.90 г. известна топливная система с электрическим насосом, в которой топливный насос помещен внутри емкости и установлен в ней на двух пружинах.

Известен агрегат для подачи топлива по заявке Германии N 4141211, МКИ F 02 M 37/10, F 16 F 15/04, F 04 B 11/00, публ. 17.06.93 г., в котором корпус топливного насоса охвачен кожухом, который заполнен газом, и насос эластично установлен в нем.

В устройстве подачи топлива, описанном в заявке ФРГ N 3842799, МКИ F 02 M 37/10, F 16 F 15/04, F 04 D 1/06, публ. 21.06.90 г., в топливном баке установлен резервуар, в котором расположен насос с электрическим приводом и который содержит демпфирующие элементы из эластичного материала для предотвращения передачи корпусного шума от насоса топливному баку. Резервуар соединен с топливным баком исключительно через демпфирующие элементы.

В заявке ФРГ N 4008564, МКИ F 02 M 37/10, F 02 B 77/13, F 16 F 15/06, публ. 11.10.90 г. описано опорное устройство для электробензонасоса, установленного в топливном баке, представляющее цилиндрическую оболочку с пластинчатыми пружинами на стенках оболочки, которые выступают внутрь, соприкасаются с корпусом насоса и поддерживают его.

Из заявки Франции N 2645476, МКИ B 60 K 15/077, публ. 12.10.90 г. известно устройство монтажа топливного насоса, содержащее емкость с упругими пластинами, вырезанными в боковых и торцевой стенках и поддерживающими насос.

Известно устройство установки топливного насоса в баке, описанное в заявке Франции N 2643422, МКИ F 02 M 37/10, публ. 24.08.90 г., содержащее два кольца, установленных между насосом и корпусом, установленном на погружном патрубке. Кольца имеют внутренние и наружные ребра, которые могут изгибаться так, что они препятствуют передачи шума и вибраций с насоса на корпус.

В заявке ФРГ N 3832281, МКИ B 60 K 15/02, F 02 M 37/10, F 02 B 77/13, F 04 C 2/10, F 02 B 35/04, F 04 D 13/06, публ. 20.04.89 г. на корпус насоса, встроенного в топливный бак, надет с одного конца чехол из относительно гибкого материала, имеющий распределенные по окружности продольные ребра. Внутренние своды этих ребер прилегают к корпусу с образованием воздушных полостей между чехлом и корпусом.

Анализ приведенного выше уровня техники показывает, что в известных конструкциях решается теми или иными приемами в первую очередь проблема виброизоляции корпуса электробензонасоса от оболочки бензобака, но остается практически нерешенной проблема ослабления звука, излучаемого корпусом электробензонасоса в замкнутую полость бензобака, и звука, излучаемого вибрирующими стенками внутрь полости бензобака.

В качестве прототипа выбран модульный агрегат топливоподачи, электробензонасос которого, смонтированный в топливном баке, снабжен шумоизоляцией, по заявке ФРГ N 3832281, МКИ B 60 K 15/02, публ. 20.04.89, БИ 16. Насос встроен в топливный бак и имеет впускную сторону, выпускную сторону и цилиндрический корпус. Насос отличается тем, что на корпус надет с одного конца чехол (своего рода глушитель акустической энергии) из относительно мягкого материала, имеющий распределенные по окружности продольные ребра. Внутренние своды этих ребер прилегают к корпусу с образованием воздушных полостей между чехлом и корпусом. Эти ребра выполнены волнистыми, чтобы контакт с корпусом как в продольном, так и в окружном направлении был прерывистым.

Описанное выше устройство отличается относительной сложностью, дороговизной, нестабильностью виброакустических характеристик "мягкого" полимерного материала в процессе длительной эксплуатации в агрессивной топливной среде относительно узкополосным частотным диапазоном шумоподавления.

Заявляемое решение технической задачи направлено на повышение эффективности подавления шума, генерируемого в замкнутой полости камеры топливного бака, при одновременном расширении диапазона заглушения частот путем выполнения специального рассеивателя акустической энергии оптимальной геометрической формы и его месторасположения относительно стенок электробензонасоса, а также выполнения рассеивателя из материала, обладающего определенными физико-механическими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что в модульном агрегате топливоподачи системы питания двигателя транспортного средства, содержащем топливный бак, в котором смонтирован электробензонасос, с зазором охваченный рассеивателем акустической энергии, согласно изобретению последний выполнен в виде перфорированной капсулы, эквидистантно расположенной по отношению к стенкам корпуса электробензонасоса, причем расстояние от боковых стенок корпуса до стенок перфорированной капсулы составляет 1/4 длины звуковой волны доминирующей частоты излучения звука корпусом электробензонасоса.

Кроме того, капсула может быть выполнена из высокодемпфирующего металлического пористого сетчатого материала или металлорезины, а между капсулой и корпусом насоса, с возможностью непосредственного контакта, локально размещены дополнительные вибродемпфирующие элементы из высокодемпфирующего металлического пористого материала, аналогичного структуре капсулы.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показан модульный агрегат топливоподачи в виде топливного бака с встроенным электробензонасосом.

Модульный агрегат топливоподачи системы питания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства содержит топливный бак 1, во внутренней полости -П- которого смонтирован электробензонасос 2 с зазором 3, охваченный рассеивателем акустической энергии. Последний выполнен в виде перфорированной капсулы 4, эквидистантно расположенной по отношению к стенкам корпуса электробензонасоса, причем расстояние от боковых стенок корпуса электробензонасоса 2 до стенок перфорированной капсулы 4 составляет 1/4 длины звуковой волны доминирующей частоты излучения звука корпусом электробензонасоса 2. При этом капсула 4 может быть выполнена из высокодемпфирующего металлического пористого сетчатого материала, или металлорезины, или другого аналогичного по своим физико-механическим свойствам материала. Кроме того, капсула 4 с корпусом электробензонасоса 2 находится в локальном контакте посредством вибродемпфирующих элементов 5 из аналогичного материала. Последние могут быть конструктивно выполненными в виде небольших по величине таблеток (дисков) или в форме грибка, "ножка" которого установлена в одно из отверстий перфорации капсулы 4.

Работает модульный агрегат топливоподачной системы питания ДВС обычным образом.

В рассматриваемом модульном агрегате топливоподачи системы питания работающий электробензонасос 2 вследствие реализации в нем скоростных и нагрузочных режимов производит динамическое (вибрационное и шумовое) возбуждение как воздушной полости бака -П-, так и жесткой структуры стенок оболочки бака 1. Динамическое возбуждение воздушной полости бака и жесткой структуры стенок оболочки бака генерирует звук и вызывает в свою очередь его переизлучение в окружающую среду и кабину транспортного средства. На отдельных режимах и частотах излучение носит неблагоприятный резонансный характер (т. е. является наиболее интенсивным) и нуждается в первоочередном подавлении.

Капсула 4, изготовленная из специального слабо излучающего звук перфорированного и/или высокодемпфирующего пористого металлического материала (ПСМ, металлорезина), и ее жесткое крепление к корпусу электробензонасоса 2 посредством вибродемпфирующих элементов 5 не может являться вторичным излучателем звука и в это же время позволяет использовать непосредственно сам звукоизлучающий корпус электробензонасоса 2 в качестве жесткой звукоотражающей поверхности, расположенной с зазором 3 на определенном расстоянии от перфорированной структуры капсулы 4, что, таким образом, формирует звкукопоглощающую конструкцию и обеспечивает максимальное звукопоглощение на частоте, 1/4 длины волны -Х- которой как раз и укладывается между поверхностями стенки корпуса электробензонасоса 2 и капсулы 4. Данное расстояние (зазор 3) выбирается исходя из необходимости настройки звукопоглощающей конструкции на первоочередное подавление излучения звука в доминирующем частотном диапазоне излучения звука корпусом электробензонасоса 2, определенное предварительно экспериментальным или расчетным способом.

Например, для доминирующей частоты f = 3150 Гц, излучаемой вибрирующим корпусом электробензонасоса, величина зазора между стенками электробензонасоса 2 и капсулы 4 составляет 23 мм, и такая звукопоглощающая конструкция вполне может быть реализована в топливных баках автомобилей.