ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
TRANSPORT FACILITY

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию колесного транспортного средства, в частности легкового автомобиля, силовые элементы кузова которого выполнены в виде коробчатых пустотелых сечений - порогов, усилителей, стоек, которые оборудованы локальными герметизирующими звукоизолирующими элементами, перекрывающими воздушные звукопередающие проходные сечения пустотелых силовых элементов в заданных зонах.
Каркас кузова легкового автомобиля представляет собой пространственную полую силовую структуру с сообщающимися между собой воздушными звукопередающими каналами, образуемыми полыми силовыми элементами, и, в связи с этим, сообщающими зашумленные пространства моторного отсека и багажного отделения с обитаемым водителем и пассажирами пространством пассажирского салона, в котором требуется обеспечить высокий акустический комфорт водителю и пассажирам.
Известным техническим решением, используемым в автомобилестроении, частично решающим проблему повышения звукоизоляции пространства пассажирского салона путем его герметизации за счет воздействия на конструктивные элементы, в частности полости полых силовых элементов кузова, является применение так называемых "акустических заглушек" или "пробок", запечатывающих проходные сечения указанных воздушных каналов, образуемых пустотелыми силовыми элементами каркаса кузова легкового автомобиля, в том числе: порогами, стойками, усилителями. Акустические заглушки, как правило, представляют собой вспенивающийся полимер, устанавливаемый в заданную локальную зону полости силового элемента, активизирующийся при высокой температуре. В качестве основы вспенивающегося полимера может быть использована запрограммированная пена, эластичный закрытоячеистый пенополиуретан, термопластичный полимер закрытоячеистой структуры. Возможно выполнение акустической заглушки из материала, представляющего собой поддающийся вулканизации синтетический каучук типа бутила, галогенизированного бутила или нитрила, в который добавлено вспенивающее вещество для формирования мастики. Установка заглушек в заданном локальном месте полого сечения пустотелого канала силового каркаса кузова производится известными способами, в частности, с помощью крепежных скобок, приварных штырей, механических застежек или липкой ленты.
Отдельные варианты конструкций заглушек содержат в своей структуре малоразмерные сквозные каналы, обеспечивающие частичное удаление влаги. Однако в связи с высоким гидравлическим сопротивлением эффективной и полной эвакуации влаги не происходит. Малоразмерные сквозные каналы способствуют лишь частичному испарению жидкости за счет слабого продувания коробчатого канала набегающим воздушным потоком возникающим в процессе движения автомобиля.
Из уровня техники известно об использовании в полостях силовых элементов кузова уретановых заглушек. Указанные заглушки в виде заготовки помещаются в полость кузовного элемента и затем подвергаются высокотемпературному воздействию, в результате, после остывания, сечение сквозного коробчатого канала становится полностью запечатанным. Первоначально, "неактивированный" закладной элемент из вспенивающегося полимерного материала представляет собой в сечении квадрат приблизительно в два дюйма. При активизации в процессе высокотемпературного нагрева, например сушки автомобильного кузова при t=140…200°C, после окраски, пена направляет свое расширение согласно геометрии сечения «зашивки» в соответствии с конкретными геометрическими параметрами сечения полого элемента кузова. Для увеличения эффективности звукоизоляции, обеспечиваемой вспенивающейся герметизирующей заглушкой, конструкция заглушки может быть выполнена двухстеночной - двойной. В этом случае реализуется дополнительный звукоизоляционный эффект, обеспечиваемый двойным процессом отражения звука при двойном скачкообразным изменении волнового сопротивления прохождению энергии звуковых волн через двойную перегородку с воздушной прослойкой, вызванным скачкообразным изменением жесткости и плотности структуры заглушки и упругой воздушной среды, в которой распространяются звуковые волны в пустотелом коробчатом канале, представляющим собой акустический волновод распространения звука. Вместе с тем герметизация пустотелых сечений коробчатых каналов ухудшает коррозионную стойкость и долговечность кузова автомобиля в процессе его эксплуатации.
7
Из описания к патенту на изобретение WO 0192063, опубл. 29.05.2001 г., МПК B60R 13/08, C08J 9/10 известна конструкция акустической заглушки в виде термопластичного полимера закрытоячеистой структуры. Указанная акустическая заглушка устанавливается в замкнутых пустотелых сечениях силовых элементов каркаса кузова и эффективно препятствует передаче звуковых волн, распространяемых в каналах пустотелых силовых элементов кузова, в обитаемое пространство пассажирского салона автомобиля, что, в конечном итоге, повышает акустический комфорт в салоне. Однако применение данной конструкции связано с естественным ухудшением коррозионной стойкости кузова в зонах пустотелых коробчатых элементов, ограниченных акустическими заглушками, вследствие возможного накопления в них конденсата.
7
Известен элемент из пенопласта для звукоизоляции полостей, описание которого приведено в патенте RU 2155689, МПК B61D 17/18, G10K 11/16, Е04В 1/82 от 10.09.2009 г. Данный пористый легкодеформируемый пенопластовый элемент для звукоизоляции полостей в сжатом состоянии вакуумирован и установлен герметично в замкнутой оболочке из воздухонепроницаемой пленки для обеспечения его малых габаритов и последующего свободного ввода в полость пустотелого элемента, выполнен с возможностью дальнейшего расширения его объемных габаритов с получением формы, ограниченной, по меньшей мере, двумя стенками полости после ввода в нее путем открывания (разрыва, прокалывания) пленки при доступе воздуха. В результате своих упругих пружинящих свойств, в частности, используемого полиуретанового мягкого пенопласта, и, по меньшей мере, одного тяжелого слоя, состоящего из полиуретанового хлопьевидного комбинированного пенопласта, данный элемент перекрывает проходное сечение пустотелого канала передачи звука, обеспечивая определенный звукоизолирующий эффект.
7
Известно устройство акустической изоляции, устанавливаемой в трубчатую деталь, и трубчатая деталь, оборудованная таким устройством, в частности деталь автомобиля, представленная в заявке на изобретение RU 2003120053/11, МПК B60R 13/08, опубл. от 20.12.2004 г. Заявляемое устройство содержит материал, способный к расширению тепловым путем, для формирования пены, способной заполнить поперечное сечение внутреннего отверстия трубчатой детали и кронштейн с средством удержания и крепления материала на участке стенки данной детали. Материал сформирован в виде отрезка, имеющего две основные параллельные друг другу стороны и проходящего главным образом вдоль основной плоскости от одного участка стенки в направлении диаметрально противоположного участка этой стенки. Указанный поддающийся расширению при тепловом воздействии материал представляет собой поддающийся вулканизации синтетический каучук типа бутила, галогенизированного бутила или нитрила, в который добавлено вспенивающее вещество для формирования мастики, причем количество этого вспенивающего вещества представляет собой функцию желаемой степени расширения. Недостатком данного технического решения, как и других вышеуказанных известных устройств является затрудненное или вовсе отсутствующее движение воздушных масс, приводящее к скоплению конденсата в образованных замкнутых локальных полостях, ограниченных зонами установки заглушек, ухудшающее коррозионную стойкость и долговечность кузова автомобиля. При этом, при наличии сквозных, незакрытых технологическими пробками, отверстий в стенках порогов кузова, на участках, ограниченных заглушками, которые предназначены для слива краски в технологическом процессе окраски, в частности, после окунания кузова в окрасочную ванну, и последующей сушки кузова, в последствии, в процессе эксплуатации существенно усиливается передача шумовой энергии через указанные технологические отверстия в пустотелые коробчатые элементы кузова из зашумленной зоны пространства под полом кузова, в которой сосредоточены активные источники шума - шины, а также аэродинамические шумы, возникающий в результате воздействия встречного воздушного потока на движущийся автомобиль и далее - непосредственно в пространство салона автомобиля через указанные отверстия
6
7
8
Из описаний к патентам RU 2301170, МПК B62D 25/20, B60R 13/08, опубл. от 20.11.2006 г.; RU 2301171, МПК B62D 25/20, B60R 13/08, опубл. от 20.11.2006 г.; RU 2302965, МПК B62D 25/20, G10K 11/16 известны конструкции транспортных средств, у которых в стенках отдельных ограниченных длин участков пустотелых элементов, отделяемых (образуемых) торцами акустических заглушек, в частности в полостях порогов пола кузова, выполнены сквозные дренажные и перепускные отверстия и трубчатые каналы - перепускные воздушные каналы и/или трубчатые эжектирующие дренажные каналы. Общим недостатком всех вышеперечисленных решений является сложность изготовления указанных конструкций, а также недостаточный эжектирующий вывод, образующейся в процессе эксплуатации автомобиля, влаги из замкнутых заглушками участков полостей коробчатых сечений порогов кузова в связи с несоосностью расположения открытых срезов перепускных и дренажных каналов с соответствующими перепускными и дренажными отверстиями.
Более эффективным решением с точки зрения одновременного улучшения отвода влаги из замкнутых участков полостей коробчатых сечений порогов кузова и уменьшения передачи звуковой энергии из внешнего пространства в салон автомобиля является применение перепускных перфорированных патрубков.
6
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по мнению заявителя, является конструкция транспортного средства, описанная в патенте RU 2302967, МПК B62D 25/20, G01K 11/06 от 20.06.2005 г. В указанной конструкции транспортного средства в стенках отдельных ограниченных длин участков пустотелых элементов, отделяемых (образуемых) торцами акустических заглушек, в частности в полостях порогов пола кузова, граничащих с пространством пассажирского салона и внешней, окружающей кузов транспортного средства средой, выполнены сквозные дренажные отверстия и трубчатые перепускные патрубки, при этом в стенке перепускного патрубка, посредине его длины, выполнены демпфирующие отверстия перфорации, а оси дренажных отверстий и/или открытых входных срезов трубчатых перепускных патрубков расположены от торцевых стенок коробчатой пустотелой полости в зонах, отстоящих на расстоянии кратном 1/4L, где L-длина полости, ограниченная торцами акустических заглушек. Применение сквозных дренажных отверстий и перепускных патрубков позволяет обеспечить эффективный вывод (эжектирующий отсос) образующейся в процессе эксплуатации автомобиля влаги из замкнутых (заглушками) участков полостей коробчатых сечений порогов за счет возникающего перепада давлений воздушной среды в зонах между внутренним воздушным пространством салона и внешней поверхности зоны стенки кузова, под порогами (т.е. образуемого перепада давлений, обусловленного избыточным давлением воздуха в пространстве салона кузова и образующимся разрежением, формируемым с внешней стороны нижней стенки порога пола кузова движущегося транспортного средства). При этом, за счет применения удлиненного по конструкции трубчатого перепускного патрубка, реализуется дополнительный звукозаграждающий волновой элемент ослабления звуковой связи, обладающий более высокой звукоизоляцией в области низких звуковых частот, по сравнению, например, с сквозным отверстием в стенке донной части порога кузова, слабо заграждающей интенсивную передачу низко- и среднечастотной звуковой энергии через такой «тонкий» звукопередающий элемент волновой связи из зашумленной зоны пространства под полом кузова (в частности, аэродинамический шум и шум, генерируемый шинами) в обитаемое водителем и пассажирами пространство салона (кабину) автомобиля. Выполнение в стенке трубчатого перепускного патрубка демпфирующих отверстий перфораций, через которые происходит продавливание и засасывание воздуха в процессе резонансных колебаний воздушного столба, находящегося в полости патрубка, обеспечивает процесс демпфирования резонансных колебаний вследствие трения колеблющегося в указанной полости воздуха о стенки (периметр) отверстий перфорации перепускного патрубка. К недостаткам прототипа следует отнести повышенную передачу высокочастотного аэродинамического шума, а также высокочастотных составляющих иных источников шума, в частности шин, элементов системы выпуска, трансмиссионных агрегатов, проникающий из внешнего пространства под полом кузова через дренажные отверстия и полость перепускного патрубка в салон автомобиля, что соответственно приводит к снижению акустического комфорта для находящихся в салоне автомобиля водителя и пассажиров.
Технический результат, на достижении которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении передачи в салон транспортного средства высокочастотного аэродинамического шума, а также высокочастотных составляющих других источников шумовой энергии, генерируемой во внешнем пространстве автомобиля, кузов которого содержит коробчатые пустотелые пороги пола, ограниченные по длине установленными в них акустическими заглушками, с выполнением в стенках порогов кузова дренажных и перепускных отверстий с перепускными патрубками.
Сущность изобретения заключается в том, что в известной конструкции транспортного средства, в частности легкового автомобиля, содержащего силовые коробчатые элементы кузова, внутри полостей которых локально размещены герметизирующие звукоизолирующие элементы в виде акустических заглушек, перекрывающих проходные сечения полостей с образованием ограниченных длин пустотелых силовых элементов в виде конечных длин акустических волноводов, в стенках которых, в частности в полостях порогов пола кузова, граничащих с пространством пассажирского салона и внешней, окружающей кузов транспортного средства средой, выполнены сквозные дренажные отверстия и трубчатые перепускные патрубки, при этом в полости трубчатого перепускного патрубка установлен поглотитель звука в виде вставного элемента, выполненного из пористого звукопоглощающего, воздухопроницаемого материала.
Сущность изобретения поясняется на чертежах.
На фиг.1 представлен фрагмент кузова, заявляемого в качестве изобретения, транспортного средства, в частности легкового автомобиля, содержащего силовой каркас, в коробчатых элементах которого применены акустические заглушки и в стенках которых выполнены дренажные и перепускные отверстия с перепускным патрубком, в полости которого содержится поглотитель звука, выполненный в виде вставного элемента из пористого звукопоглощающего, воздухопроницаемого материала.
На фиг.2 представлена схема продольного сечения фрагмента полого участка пустотелого силового элемента кузова (в частности, участка порога пола кузова), герметично ограниченного на концах двумя торцевыми акустическими заглушками, содержащего в стенке с внешней стороны порога пола (со стороны дорожного покрытия) сквозное эжектирующее дренажное отверстие, выполненное в виде локальной отогнутой щелевой просечки стенки порога кузова, а с внутренней стороны порога пола (со стороны пассажирского салона) - от его верхней стенки, находящейся в пространстве пассажирского салона автомобиля, во внутреннее пространство пустотелой полости порога пола кузова выведен перепускной патрубок в виде трубки прямой цилиндрической формы, при этом оси дренажного отверстия и открытого среза трубчатого перепускного патрубка расположены от торцевых стенок коробчатой пустотелой полости в зонах ½ L и ¼ L, где L - длина полости, ограниченная торцами акустических заглушек, а открытый срез трубчатого перепускного патрубка кроме этого установлен от верхней стенки порога пола в зоне ½ Н, где Н - высота пустотелой полости порога пола. Такое взаимное расположение указанных осей исключит как прямую лучевую передачу высокочастотных звуковых волн из зашумленного пространства под полом кузова в обитаемое пространство салона (кабины) транспортного средства, так и дополнительно ослабит резонансную передачу звука через ограниченную объемную воздушную полость порога на низших собственных продольных и повысотных акустических модах колебаний воздушного объема, сосредоточенного в ограниченной воздушной коробчатой полости порога кузова. Установка в полости перепускного патрубка поглотителя звука из пористого звукопоглощающего материала позволит обеспечить более высокую звукоизоляцию внутреннего пространства салона кузова за счет существенного ослабления процесса передачи высокочастотного аэродинамического шума с внешней стороны под полом кузова.
На фиг.3 представлена схема поперечного сечения фрагмента полого участка пустотелого силового элемента кузова (в частности, участка порога пола кузова), герметично ограниченного на концах двумя торцевыми акустическими заглушками, содержащего в стенке с внешней стороны порога пола (со стороны дорожного покрытия) сквозное эжектирующее дренажное отверстие, выполненное в виде локальной отогнутой щелевой просечки стенки порога кузова, а с внутренней стороны порога пола (со стороны пассажирского салона) - от его верхней стенки, находящейся в пространстве пассажирского салона автомобиля, во внутреннее пространство пустотелой полости порога пола кузова выведен перепускной патрубок в виде трубки прямой цилиндрической формы с вставным звукопоглощающим элементом, повышающий звукоизоляцию канала связи от зашумленного пространства под полом кузова легкового автомобиля как в среднечастотном, так и в высокочастотном диапазоне, при этом оси дренажного отверстия и открытого среза трубчатого перепускного патрубка расположены в зоне ½ В, где В - ширина полости, ограниченной ее продольными стенками. Такое взаимное расположение указанных осей дополнительно ослабит резонансную передачу звука через ограниченную объемную воздушную полость порога на низших собственных продольных и нечетных поперечных акустических модах колебаний воздушного объема, сосредоточенного в ограниченной воздушной коробчатой полости порога кузова.
Позициями на фиг.1-3 обозначены:
1 - фрагмент кузова транспортного средства (легковой автомобиль), содержащий коробчатые сечения силового каркаса;
2 - салон автомобиля;
3 - багажное отделение автомобиля;
4 - моторный отсек;
5 - сечение коробчатого пустотелого силового элемента порога кузова;
6 - нижняя внешняя (донная) стенка порога кузова (со стороны дорожного покрытия);
7 - верхняя внутренняя стенка порога кузова (со стороны пассажирского салона);
8 - акустическая заглушка;
9 - перепускное отверстие порога кузова (со стороны пассажирского салона);
10 - дренажное эжектирующее отверстие порога кузова (со стороны дорожного покрытия);
11 - трубчатый перепускной патрубок;
12 - открытый входной срез трубчатого перепускного патрубка;
13 - поглотитель звука из пористого звукопоглощающего воздухопроницаемого материала.
- избыточное давление воздуха в пространстве пассажирского салона (кабины) кузова легкового автомобиля;
- разрежение (пониженное давление), образуемое под поверхностью стенки пола кузова в зоне внешней стороны донной стенки пола (порога) кузова движущегося транспортного средства (легкового автомобиля).
L - длина воздушной полости внутри пустотелого коробчатого силового элемента порога пола кузова, ограниченной на концах торцами установленных акустических заглушек;
В - ширина воздушной полости, образуемой продольными противолежащими стенками пустотелого коробчатого силового элемента порога пола кузова, ограниченной торцами установленных акустических заглушек (средний размер, определяемый по длине L);
Н - высота воздушной полости, образуемой нижней и верхней противолежащими стенками пустотелого коробчатого силового элемента порога пола кузова, ограниченного торцами установленных акустических заглушек (средний размер, определяемый по длине L).
На отдельных участках верхних стенок 7 коробчатых пустотелых сечений порогов пола кузова 5 ограниченной длины L, содержащих на концах герметизирующие акустические заглушки 8, устанавливаются перепускные патрубки 11, присоединенные к перепускному отверстию 9, выполненные в виде трубок прямой цилиндрической формы, с одновременным выполнением на участках нижних внешних (донных) стенок 6 коробчатых пустотелых сечений порогов пола кузова 5, сквозных эжектирующих дренажных отверстий 10. Такое конструктивное исполнение транспортного средства, содержащего в коробчатых силовых элементах кузова (порога пола) «удлиненные» трубчатые перепускные патрубки, обеспечивает эффективный вывод (отсос) образующейся влаги (конденсата) из замкнутых полостей коробчатых сечений порогов пола кузова, ограниченных на концах акустическими пробками, за счет возникающего перепада давлений между воздушной средой в пространстве салона и внешней воздушной средой в зоне вне кузова, непосредственно у стенок 6, под порогами пола (т.е. вследствие образованного перепада давлений, обусловленного избыточным давлением в пространстве салона кузова - на фиг.2-3 обозначено знаком «+», и образуемым разрежением с внешней стороны стенки пола кузова 6, со стороны дорожного покрытия в зоне нижней стенки порога - на фиг.2-3 обозначено знаком «-») движущегося транспортного средства. При этом обеспечивается высокая звукоизоляция пространства салона кузова за счет существенного ослабления процесса передачи звука перепускным патрубком 11 через пустотелые коробчатые силовые элементы кузова в пространство пассажирского салона (кабины) как со стороны моторного отсека и багажного отделения за счет применения акустических пробок, так и со стороны зашумленного пространства под полом кузова, при применении удлиненных перепускных патрубков 11, ограниченных сквозными отверстиями 9 и 12 (с большей массой колеблющегося воздушного столба в трубчатом патрубке), т.е. обеспечивающего реализацию инерционного волнового заграждающего элемента звуковой связи с более высокой звукоизоляцией, что создает, в конечном итоге, меньшую передачу звуковой энергии в обитаемое пространство салона (кабины) через такой элемент волновой связи из зашумленной зоны пространства под полом кузова. Предпочтительней, из-за существенного повышения звукоизолирующего эффекта, связанного с исключением возбуждения и/или передачи возбужденных низших собственных продольных, поперечных и повысотных мод воздушного объема, сосредоточенного в ограниченной воздушной коробчатой полости порога кузова, конструктивное исполнение пустотелого силового элемента кузова (его участка, ограниченного акустическими заглушками) с расположением в разных плоскостях осей дренажного отверстия и открытых срезов перепускных патрубков во внутренней полости объема пустотелого участка, что исключит как прямую лучевую передачу высокочастотных звуковых волн из зашумленного пространства под полом кузова в обитаемое пространство салона (кабины) транспортного средства, так и дополнительно ослабит резонансную передачу звука через ограниченную объемную воздушную полость порога (расширительную резонаторную камеру) на низших собственных четных (ввиду того, что узлы низших четных собственных воздушных мод полости отмеченной камеры (второй собственной моды), локализируются в ¼ и ¾ длин L характерных размеров ограниченного фрагмента пола (L, B, H), а узлы низших собственных нечетных мод (первой и третьей собственной моды) - локализируются в ½ длины L характерного размера полости (L, B, H)) собственных акустических модах колебаний воздушного объема, сосредоточенного в ограниченной воздушной коробчатой полости порога кузова длиной L.
При использовании конструкции вентилируемой полости ограниченного участка полого сечения силового элемента кузова (порога кузова) с помощью сообщенных каналов связи пространств пассажирского салона и под днищем (полом) кузова (т.е. с окружающей средой) в виде гладких трубок, открытых с обоих концов (перепускной патрубок 11), возможен процесс передачи высокочастотного шума, в частности аэродинамического, из внешнего пространства под порогом пола кузова во внутреннее пространства салона автомобиля. Согласно заявляемому техническому решению, для устранения указанного недостатка, в полость перепускного патрубка 11 устанавливается вставной элемент из пористого звукопоглощающего воздухопроницаемого материала 13. Не оказывая существенного влияния на производительность просасывания воздуха через перепускной патрубок 11, ввиду своей воздухопроницаемой структуры, пористый звукопоглощающий материал 13 позволяет обеспечить достаточный шумозаглушающий эффект. Как показывают эксперименты, для улучшения шумозаглушающего эффекта длина вставного элемента из пористого звукопоглощающего воздухопроницаемого материала 13 должна быть не менее ½ длины перепускного патрубка 11.