КОЖУХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к конструктивным многофункциональным элементам наземных транспортных средств, преимущественно легковых автомобилей и представляет собой конструкцию верхнего кожуха (далее - кожуха) двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) транспортного средства, выполняющего оптическую функцию декоративного дизайна подкапотного пространства, функцию несущего и термоизоляционного элемента, а также целенаправленную акустическую функцию введения дополнительного эффекта снижения шума, излучаемого верхней зоной корпуса ДВС.
Известны технические решения по патенту РФ №2172853, опубликованному 27.08.2001 г. и патенту №2209326, опубликованному 27.07.2003 г., представляющие собой кожухи в виде закрепленных к корпусным деталям ДВС жестких декоративных оболочек, выполненных из плотного полимерного материала, изнутри футерованных пористым звукопоглощающим материалом - полимерным вспененным, например, типа открытоячеистого пенополиуретана или волокнистым - типа цельноформованного порозо (волокнистого материала органического, минерального или синтетического происхождения, например, хлопковых, базальтовых, стеклянных, полипропиленовых и пр. волокон) в смеси с армирующими и термопластичными волокнами, сообщающими технологические свойства формообразования звукопоглощающих панелей. Известные технические решения предусматривают применение монолитных звукопоглощающих футеровок в виде плоских объемных или цельноформованных панелей, сложной пространственной геометрической формы, изнутри монтируемых к несущим жестким декоративным оболочкам кожуха механическими крепежными элементами, липким клеевым слоем и/или термоадгезивным
соединением встречных сопрягаемых поверхностей жесткой оболочки кожуха и слоя звукопоглощающей футеровки (или комбинацией указанных выше сопряжении).
В качестве прототипа выбрано техническое решение, описанное в патенте РФ №52109, публикованном 10.03.2006 г., представляющее собой, кожух, содержащий несущую декоративную оболочку (далее - несущую оболочку) из плотного полимерного материала, на внутренней поверхности которой смонтировано не менее трех автономных плосколистовых звукопоглощающих панелей (далее - звукопоглощающих панелей), лицевая поверхность которых футерована слоем защитной звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани, при этом величина образуемого воздушного зазора между противолежащими торцами звукопоглощающих панелей, составляет не менее 1,5 толщины этих панелей.
Недостатком, известных технических решений, представленных выше в качестве аналогов, а так же известного технического решения, принятого за прототип, является повышенный расход вещества звукопоглощающего материала (веса, стоимости), необходимость использования дорогостоящих звукопоглощающих материалов, обладающих наиболее высокими звукопоглощающими свойствами, ввиду использования звукопоглощающих панелей с малыми габаритами (площади поверхности поглощения звука). Также в качестве существенного недостатка известных технических решений, включая представленное в качестве прототипа, следует отметить образование технологических отходов при производстве футерующих (звукопоглощающих) панелей кожуха сложных геометрических форм в результате технологического процесса нерациональной вырубки (не рационального раскроя деталей) из стандартной прямоугольной плосколистовой панели звукопоглощающего материала.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в улучшении звукопоглощающих свойств футерующих (звукопоглощающих) панелей с повышением шумопо-нижающего эффекта кожуха и дополнительным эффектом снижения шума транспортного средства в целом при одновременном снижении расхода материала звукопоглощающих панелей, включая исключение (минимизацию) образования технологических отходов в процессе изготовления кожухов.
Технический результат достигается за счет рационального подбора соответствующих геометрических форм и размеров звукопоглощающих панелей кожуха, их взаимного расположения на поверхности несущей оболочки, а также выбора определенного отношения габаритных размеров звукопоглощающих панелей и габаритных размеров заготовок плосколистовых звукопоглощающих материалов из которых производится технологический раскрой (вырубка) звукопоглощающих панелей. Для этого, в известном кожухе, содержащем несущую оболочку из плотного полимерного материала, на внутренней поверхности которой смонтировано не менее трех звукопоглощающих панелей, лицевая поверхность которых футерована слоем защитной звукопрозрачной
газовлагонепроницаемой пленки или ткани, проекции лицевых поверхностей звукопоглощающих панелей имеют прямоугольную геометрическую форму и расположены большими сторонами параллельно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось транспортного средства, суммарная площадь звукопоглощающих панелей выбирается в 2...5 раз меньшей площади внутренней поверхности несущей оболочки, при этом звукопоглощающие панели выполняются одинаковой ширины, в 2...15 раз превышающей их толщину, а воздушные зазоры, образуемые между противолежащими торцами больших сторон близлежащих звукопоглощающих панелей составляют величину не меньшую чем 0,3 их ширины, кроме того, ширина каждой из звукопоглощающих панелей, имеет величину, кратную габаритному размеру одной из сторон заготовки прямоугольной формы, из которой они изготовлены. Для полного исключения (минимизации) образования технологических отходов при операциях вырубки (раскроя) звукопоглощающих панелей из стандартного плосколистового звукопоглощающего материала заданных габаритных размеров (например, прямоугольных листов габаритных размеров 1000×1000 мм, 1000×1200 мм, 1200×1600 мм, 1000×2000 мм), снижения трудоемкости изготовления и расширения унификации применения, длина или ширина каждой из звукопоглощающих панелей выбирается таким образом, что обеспечивая повышенный звукопоглощающий эффект за счет соответствующего выбора геометрических форм, размеров и взаимного расположения, они при этом учитывают условия безотходного раскроя стандартной заготовки, таким образом, чтобы при ее технологическом раскрое получалось целое число звукопоглощающих панелей без образования отходов. Для реализации аналогичной цели минимизации образования технологических отходов, по крайней мере, часть звукопоглощающих панелей может быть выполнена составной, из последовательно размещенных и беззазорно состыкованных между собой в единый модуль отдельных звукопоглощающих панелей меньшей длины. При этом, звукопоглощающие панели имеют габаритную длину кратную длине наименьшей по габаритным размерам отдельной звукопоглощающей панели составного модуля. Кроме того, по крайней мере, одна из меньших сторон проекции лицевой поверхности, по крайней мере, двух звукопоглощающих панелей в составе модуля, выполнена под углом 45° к одной из ее боковых сторон. Также, по крайней мере, одна из меньших сторон проекции лицевой поверхности, по крайней мере, одной звукопоглощающей панели выполнена по углом 45° к одной из больших сторон этой панели.
Пористые торцевые поверхности звукопоглощающих панелей, при необходимости, могут быть облицованы защитной звукопрозрачной пленкой или тканью, содержащей монтажный липкий клеевой или термоадгезивный слой, или могут быть выполнены газовлагонепроницаемыми с использованием соответствующего герметизирующего слоя вещества типа мастики или полимерного покрытия, нанесенного, например, методом напыления, или путем термического
оплавления пористой поверхности торцев панелей посредством соответствующей технологической операции высокотемпературного воздействия.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость». При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного технологического оборудования и современных материалов.
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:
- на фиг.1 представлен вид на внутреннюю поверхность (со стороны смонтированных на несущей оболочке кожуха, звукопоглощающих панелей) и сечение кожуха в сборе, на котором смонтированы 7 звукопоглощающих панелей одинаковой ширины, суммарная площадь лицевых поверхностей которых в 2,8 раза меньше площади внутренней поверхности несущей оболочки;
- на фиг.2 представлен вид на внутреннюю поверхность (со стороны смонтированных на несущей оболочке кожуха, звукопоглощающих панелей) кожуха в сборе, на котором смонтированы 6 составных модулей, беззазорно составленных из звукопоглощающих панелей одинаковой ширины и длины;
- на фиг.3 представлен вид на внутреннюю поверхность (со стороны смонтированных на несущей оболочке кожуха, звукопоглощающих панелей) кожуха в сборе, на котором смонтированы 10 звукопоглощающих панелей одинаковой ширины, суммарная площадь лицевых поверхностей которых в 2,95 раза меньше площади внутренней поверхности несущей оболочки, при этом 4 меньших стороны проекции лицевой поверхности 4 звукопоглощающих панелей выполнены под углом 45° к одной из больших близлежащих сторон;
- на фиг.4 представлен вид на внутреннюю поверхность (со стороны смонтированных на несущей оболочке кожуха, звукопоглощающих панелей) кожуха в сборе, на котором смонтированы 5 звукопоглощающих панелей одинаковой ширины и 3 составных модуля, каждый из которых беззазорно составлен из 2 звукопоглощающих панелей одинаковой ширины, при этом 6 меньших сторон проекции лицевой поверхности 6 звукопоглощающих панелей, в составе 3 модулей, выполнены под углом 45° к одной из больших близлежащих сторон;
- на фиг.5 представлен вид на внутреннюю поверхность (со стороны смонтированных на несущей оболочке кожуха, звукопоглощающих панелей) и сечение кожуха в сборе, на котором смонтированы 7 звукопоглощающих панелей одинаковой ширины, суммарная площадь лицевых поверхностей которых в 2,8 раза меньше площади внутренней поверхности несущей оболочки, при этом торцевые поверхности звукопоглощающих панелей дополнительно герметизированы с помощью газовлагонепроницаемого покрытия;
- на фиг.6 представлена исходная (стандартная) прямоугольная заготовка плосколистового звукопоглощающего материала со схемой безотходного технологического кроя (вырубки) звукопоглощающих панелей;
- на фиг.7 представлены результаты определения реверберационного коэффициента звукопоглощения характеризующего эффективность поглощения звуковой энергии, кожуха представленным, на фиг.1 в сравнении с вариантом исполнения кожуха, содержащим три крупногабаритные звукопоглощающие панели.
п
об
Заявляемая конструкция кожуха содержит несущую оболочку 1 из плотного полимерного материала, например из полиамида 6 или полиамида 66, которая закреплена посредством крепежных узлов 2 на несущих элементах корпуса ДВС, на внутренней поверхности которой смонтировано не менее трех звукопоглощающих панелей 3, внешняя лицевая поверхность которых облицована защитным лицевым слоем звукопрозрачной пленки или ткани 4, поверхность которого соединена со слоем пористого (вспененного, волокнистого) звукопоглощающего материала 5, на тыльной стороне пористого слоя нанесен монтажный адгезионный (липкий, клеевой) слой 6. Проекции лицевых поверхностей звукопоглощающих панелей 3 на поверхность несущей оболочки кожуха имеют прямоугольную геометрическую форму и расположены своими большими сторонами параллельно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось транспортного средства, суммарная площадь лицевых поверхностей звукопоглощающих панелей 3 (S) выбирается в 2...5 раз меньшей площади внутренней поверхности несущей оболочки 1 (S), при этом звукопоглощающие панели 3 выполнены одинаковой ширины, в 2...15 раз превышающей их толщину, а воздушные зазоры, образуемые между противолежащими торцами больших сторон близлежащих звукопоглощающих панелей 3 составляют величину не меньшую чем 0,3 их ширины, кроме того, ширина каждой из звукопоглощающих панелей 3, имеет величину, кратную габаритному размеру одной из сторон заготовки прямоугольной формы, из которой они изготовлены.
Параллельное расположение больших сторон звукопоглощающих панелей относительно продольной оси транспортного средства с образованием соответствующих продольно расположенных воздушных зазоров способствует свободному прохождению набегающего воздушного потока проходящего через пространство моторного отсека в образуемых промежутках между
звукопоглощающими панелями и интенсивному охлаждению термонагруженных корпусных деталей двигателя и, в особенности, выпускного коллектора ДВС и каталитического коллектора системы выпуска отработавших газов, расположенных вблизи смонтированного кожуха.
При работе транспортного средства (легкового автомобиля) вибрирующие шумоактивные элементы верхней зоны ДВС генерируют структурный (корпусной) шум, что в совокупности с другими источниками структурного и аэродинамического (газодинамического) шума ДВС, формирует в частично замкнутом пространстве моторного отсека диффузное звуковое поле высокой концентрации звуковой энергии в нем. Часть звуковой энергии, генерируемой в пространстве моторного отсека, передается (проникает) в салон автомобиля, проходя через шумо-поглощающую обивку, смонтированную на внутренней поверхности панелей щитка передка, и звукоизоляционные структуры щитка передка и пола кузова, а большая часть - свободно передается в окружающую среду (в открытое пространство), в первую очередь - через открытые вентиляционные проемы брызговика моторного отсека. При падении звуковых волн генерируемых верхней шумоактивной зоной корпуса ДВС на звукопоглощающие панели кожуха, существенная часть звуковой энергии поглощается в пористой структуре звукопоглощающего материала со стороны их лицевой поверхности, часть - поглощается пористыми торцами звукопоглощающих панелей, а часть - дополнительно поглощается на свободных периметрических краях звукопоглощающих панелей вследствие реализации дифракционного механизма поглощения звука.
Эффект реализации повышенного звукопоглощения панелями заявляемого кожуха, усиливающий его шумопонижающую функцию, обусловлен процессами дополнительного дифракционного звукопоглощения более протяженными и податливыми на динамическое воздействие падающих звуковых волн, свободными периферическими контурными краями отдельных локальных звукопоглощающих панелей. При увеличенном периметре внешних контуров звукопоглощающих панелей появляются также дополнительные площади звукопоглощения, образуемые торцевыми пористыми поверхностями. Таким образом, осуществляется существенно более эффективное поглощение энергии звуковых волн кожухом, генерируемых элементами верхней зоны ДВС с соответствующим уменьшением уровней внешнего и внутреннего шума транспортного средства.
п
oб
п
oб
Использование звукопоглощающих панелей суммарной площадью лицевой поверхности S≥S/2, не позволяет в максимально-достаточной степени снижать расход (стоимость) звукопоглощающего материала, с заметным повышением звукопоглощающего эффекта, в это же время использование звукопоглощающих панелей с S≤S/5 - не позволяет в приемлемой степени (не менее чем на 1,0 дБ в звуковом диапазоне 1/3-октавных полос частот 500...10000 Гц контролируемого спектра) снижать уровни внешнего шума автомобиля. Поэтому, как показывают
результаты экспериментальных исследований, наиболее рациональным с точки зрения шумопонижающего и расходного (стоимостного) эффектов является использование звукопоглощающих панелей заданной суммарной площади лицевой поверхности лежащей в диапазоне
п
oб
oб
S=S/5...S/2.
Звукопоглощающие панели при этом выполняются одинаковой ширины, в 2...15 раз превышающей толщину этих панелей. Использование звукопоглощающих панелей одинаковой ширины позволяет рационализировать технологический процесс раскроя (вырубки) и снизить затратные издержки. В этом случае, в частности, может быть использовано более простое технологическое оборудование (инструментальная оснастка) позволяющее вырубать панели с одинаковым шагом без переналадки. Использование звукопоглощающих панелей уменьшенной ширины менее чем в 2 раза превышающей толщину, не рационально из-за увеличения трудоемкости монтажа на несущей оболочке кожуха большого числа звукопоглощающих панелей, а более 15 раз - приводит к существенному снижению звукопоглощающей эффективности пакета звукопоглощающих панелей той же суммарной площади лицевой поверхности.
Воздушные зазоры, образующиеся между противолежащими торцами больших сторон близлежащих звукопоглощающих панелей составляют величину не меньшую чем 0,3 их ширины. При использовании воздушного зазора меньше 0,3 их ширины происходит частичное падение звукопоглощающей эффективности, вследствие снижения эффекта дифракционного поглощения звука на краевых периметрических зонах звукопоглощающих панелей. Также, в этом случае, при прочих равных условиях увеличивается расход звукопоглощающего материала при футеровке заданной площади поверхности несущей оболочки кожуха.
Концевые участки сторон проекции лицевой поверхности звукопоглощающих панелей могут быть срезаны под углом 45° к одной из близлежащих сторон. Данная геометрическая форма звукопоглощающих панелей может в отдельных случаях оказать положительный эффект по обеспечению меньшего количества технологических отходов при раскрое (вырубке) и последующем состыковывании двух звукопоглощающих панелей, а также, при необходимости - для обеспечения последующей вырубки панелей с углом 45° для использования в других комплектных сочетаниях звукопоглощающих панелей.
Эффективность заявляемого технического решения иллюстрируется экспериментальными результатами определения параметра «эквивалентная площадь звукопоглощения», количественно характеризующего степень поглощения звуковой энергии исследуемым объектом малой площади (комплектом звукопоглощающих панелей) кожуха, содержащего малогабаритные с заданным взаимным расположением и размерами звукопоглощающие панели (заявляемая конструкция), в сравнении с кожухом с аналогичной несущей оболочкой, но со смонтированными крупногабаритными звукопоглощающими панелями (согласно прототипу). Испытания проводились
3
с использованием стендовой установки «Кабина Альфа», содержащей измерительную реверберационную камеру объемом 6,45 м. При акустических испытаниях оба варианта футерованного кожуха со смонтированными звукопоглощающими панелями устанавливались непосредственно на пол реверберационной камеры стендовой установки «Кабина Альфа».
При испытаниях использовались следующие конфигурации кожухов. Заявляемый кожух содержал адгезионно смонтированные на внутренней поверхности его несущей оболочки 7 малогабаритных звукопоглощающих панелей, выполненных в виде прямоугольных полос идентичной ширины 50 мм. Звукопоглощающие панели изготавливались из самоклеющегося плосколистового материала АА 15 SMT, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти. Структурный состав плосколистового материала звукопоглощающих панелей включал: защитный лицевой звукопрозрачный слой в виде алюминизированной полиэстеровой пленки толщиной 0,012 мм, пористый звукопоглощающий слой открытоячеистого пенополиуретана (ППУ) толщиной 15,0 мм и монтажный адгезионный (клеевой) слой. Выбранный для сравнения кожух (прототип) содержал три адгезионно смонтированные на внутренней поверхности несущей оболочки кожуха крупногабаритные звукопоглощающие панели, выполненные из аналогичного типа (марки) материала АА 15 SMT (что и в заявляемом варианте). При этом, площадь лицевой поверхности трех крупногабаритных (по прототипу) звукопоглощающих панелей в 2 раза превышала площадь лицевой поверхности семи малогабаритных звукопоглощающих панелей заявляемой конструкции кожуха.
2
Из результатов проведенных экспериментальных исследований, представленных на фиг.8, следует, что использование кожуха со смонтированными 7 малогабаритными звукопоглощающими панелями с заданным взаимным расположением и размерами (заявляемый вариант), в сравнении с брызговиком, содержащим три крупногабаритные звукопоглощающие панели (прототип), позволил в существенной степени увеличить эффективность поглощения энергии звуковых волн (до 0,18 м, или до 2,7 раз) величину оценочного показателя «площадь эквивалентного звукопоглощения» во всем контролируемом диапазоне октавных полос частот 500...8000 Гц.
Конкретные иллюстрации эффективности использования и варианты технической реализации заявленного технического решения, описанные выше, являются по своему характеру лишь частными примерами и не ограничивают притязания заявляемой полезной модели, объем которой определяется формулой полезной модели. Для технических специалистов работающих в данной области техники станут очевидными другие возможные конкретные варианты осуществления заявляемого устройства, которые будут находиться в рамках объема притязаний настоящей полезной модели.