ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
VEHICLE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию наземного транспортного средства, в частности легкового автомобиля, снабженного шумопонижающим кожухом, смонтированным в подкапотном пространстве (пространстве моторного отсека) на приводе газораспределительного механизма (далее ГРМ) двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) транспортного средства.
Известные и широко используемые в практике снижения шума транспортных средств и, в частности, в качестве составных элементов привода ГРМ ДВС конструктивные способы и устройства можно условно сгруппировать и разделить по следующим техническим направлениям (физическим принципам действия): звукоизоляция, виброизоляция, звукопоглощение, вибродемпфирование, подавление динамического возбуждения и генерирования звука непосредственно в источнике его возникновения - зонах динамического взаимодействия сопрягаемых элементов привода. Некоторые конструктивные способы в виде реализуемых устройств подавления шумового излучения привода ГРМ отражены, в частности, в публикациях:
1. Fessina M.I., Danilov O.V. About some methods of reduction of toothed belt drive. NAM-96, Nordic Acoustical Meeting, 12…14 June, 1996, Helsinki, Finland, Proceedings, p.129…136.
2. Fessina M.I., Starobinsky R.N. Car noise reduction by means of perforations in radiating surfaces. Unikeller Conference, Zurich, 1993, p.15/1…15/12.
3. Birembaut Y., Deschamps M., Tourret J. Noise Generation Study of Synchronous belts using Acoustic Intensity Mapping. Inter-Noise 84, Honolulu, USA, 1984 Desember 3-5, p.1155…1160.
4. Tourret J., Birembaut Y., Deschamps M. Noise Generation of Synchronous Belts. Noise Control Engineering Journal, January-February 1988, p.11…14.
5. Starobinsky R.N., Fessina M.I. Internal Combustion Engine Structure Noise Decrease Owing to the Coefficient Change of Noise Radiation of its Elements. Second International Congress on Recent Developments in Air-and Structure-Born Sound and Vibration. Marh 4-6 1992, Auburn University, USA, p.1465…1474.
6. Патент Российской Федерации №2126899, МКИ F02B 67/06, публ. 27.02.99, БИ №6.
7. Патент Российской Федерации №2062338, МКИ F02B 67/06, публ. 20.06.96, БИ №17.
8. Патент Российской Федерации №2131524, МКИ F02B 67/06, публ. 10.06.99, БИ №16.
9. Патент Российской Федерации №1795199, МКИ F16H 7/02, публ. 15.02.93, БИ №6.
10. Патент Российской Федерации №1346832, МКИ F02B 77/13, публ. 23.10.87, БИ №39.
11. Патент Российской Федерации №1638337, МКИ F02B 77/13, публ. 30.03.91, БИ №12.
12. Патент Российской Федерации №2144620, МКИ F02B 67/06, публ. 20.01.2000, БИ №2.
13. Патент Российской Федерации №2126901, МКИ F02B 77/13, публ. 27.02.99, БИ №6.
14. Заявка Японии №1-247719 S1 МКИ F02B 77/13, публикация 10.03.1989.
15. J SAE Rewiew, №6, november 1981, p.19…25.
16. Патент США №4607601, МКИ F01L 1/02, дата начала действия патента 26 августа 1986 г.
17. Заявка Японии №60-125710, МКИ F01L 1/46, публикация 05.07.85.
18. Заявка ФРГ №3141627, МКИ F16F 15/02, публикация 24.06.1982 г.
19. Патент Российской Федерации №2270926, МКИ F02B 77/13, публ. 20.09.2005, БИ №6 - принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
В частности, в [1…5, 10] описаны устройства подавления звукового излучения зубчато-ременных приводов ГРМ ДВС, основанные на перфорировании дисковых и спицевых частей приводных шкивов, непосредственно стенок ограждающего кожуха, перфорировании ремня привода, реализующих шумоподавляющие эффекты «короткого акустического замыкания» пластинчатых двухсторонних излучателей дипольного типа.
В [6…9] описаны устройства подавления звукового излучения, формируемого непосредственно в зонах динамического взаимодействия и генерирования звука элементов привода, основанные на применении рабочего элемента зубчатого колеса (шкива), выполненного из металлического газопроницаемого пористого шумовибродемпфирующего материала типа пористого сетчатого материала или металлорезины [6], интегрировании глухих тупиковых отверстий во впадинах зубьев приводных шкивов, реализующих конструктивные шумозаглушающие элементы типа четвертьволновых акустических резонаторов [7], выполнении полой конструкции ступичной части зубчатых колес, сообщенной сквозными отверстиями с зонами впадин зубьев, реализующей шумозаглушающую систему типа резонатора Гельмгольца [8], применении малогабаритных локальных экранов из жесткого звукоотражающего материала, располагаемых в контактных зонах входа-выхода зубьев из зацепления в парах «зубчатое колесо-ремень», реализующих эффект компенсационного подавления звукового излучения источников дипольного типа (действительного и мнимого отображения двух пар вертикальных акустических диполей) путем их перевода в более слабый акустический излучатель высшего порядка - квадрупольный, который, как известно, излучает существенно более слабо [9].
Известны устройства ослабления шума, производимого элементами привода ГРМ ДВС, связанные с конструктивным воздействием на оболочку кожуха, ограждающего привод [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19], как непосредственный излучатель звука в пространство моторного отсека транспортного средства и далее в окружающую среду. В частности, в [16] предусматривается выполнение развитого скелета оребрения стенок кожуха, предназначенного для уменьшения их вибровозбудимости и сопутствующего ослабления излучения ими структурного (вибрационного) шума. Для этих же целей в [12, 14, 15] предусмотрены устройства вибродемпфирования оболочки кожуха путем интегрирования в ее структуру локальных вибродемпфирующих ребер с вязкоэластичным диссипативным слоем, вставок из вибродемпфирующих материалов, обладающих высоким внутренним трением, установленных в соответствующих отверстиях стенки кожуха.
Известны в том числе устройства ослабления шума, производимого элементами привода ГРМ ДВС, реализующие процессы поглощения энергии звуковых волн, интегрированными в стенку кожуха пористыми звукопоглощающими панелями [13, 17, 18]. Такого типа устройства предусматривают применение пористых металлических прессованных сетчатых звукопоглощающих материалов, пористого вспененного алюминия или пористых волокнистых материалов, созданных на базе использования органических или минеральных волокон, выполненных в качестве цельноформованных конструктивных элементов кожухов. Данные известные элементы основаны на применении жестких пористых структур дорогостоящих материалов и сложных технологий производства, обладают недостаточно высоким эффектом поглощения звука в относительно узком частотном диапазоне и в связи с этим не находят широкого практического применения в массовом производстве конструкций наземных транспортных средств типа легковых автомобилей.
В [19], принятом в качестве прототипа, несущий каркас шумоизолирующего кожуха выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, образующей замкнутую полость, ограниченную несущим каркасом и торцевой зоной передка ДВС, сообщающуюся с подкапотным пространством автомобиля отверстиями (горлышками), по крайней мере на внешней стороне которой смонтирована пористая звукопоглощающая панель, при этом монтажная поверхность панели в основном повторяет привалочную поверхность кожуха, на которой закреплена панель. Также возможно расположение пористых структур панелей по обе стороны несущего каркаса с различными механоакустическими характеристиками. В известной конструкции шумоизолирующего кожуха пористые структуры звукопоглощающих панелей обладают определенным эффектом широкополосного звукопоглощения, однако в недостаточной степени обеспечивают приемлемо высокую звукоизоляцию ввиду нерегламентированных, недостаточно высоких звукоизолирующих характеристик используемых для этих целей звукопоглощающих панелей.
Для устранения указанных недостатков известных технических средств снижения шума, реализующихся в составных элементах привода ГРМ транспортного средства, а также для обеспечения более эффективного широкополосного дополнительного заглушения звуковой энергии диффузного звукового поля, образующегося в подкапотном пространстве (моторном отсеке) транспортных средств, которое формируется и другими шумоактивными (не только приводом ГРМ ДВС) источниками излучения звука, расположенными в подкапотном пространстве транспортного средства, предназначено заявляемое низкошумное устройство транспортного средства.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном транспортном средстве, преимущественно легковом автомобиле, содержащем, в частности, установленный в моторном отсеке ДВС, элементы привода ГРМ которого охвачены по крайней мере одним ограждающим шумоизолирующим кожухом двухслойной структуры с различными механоакустическими характеристиками, образующим замкнутую полость, ограниченную оболочкой кожуха и торцевой зоной передка корпуса двигателя, структура материала стенки названного шумоизолирующего кожуха выполнена из пористого волокнистого звукопоглощающего материала, содержит соответствующим образом соединенные внешний и внутренний составные слои, имеющие различные толщины, плотности, пористости и сопротивления продуванию воздушным потоком (противодавления), таким образом, что на поверхностной границе сопряжения таких двух слоев образуется скачкообразное изменение волнового сопротивления распространению звуковых волн в образованной составной пористой структуре двухслойного материала, что обеспечивает, наряду с эффектом поглощения энергии звуковых волн при их сквозном прохождении через двухслойную пористую структуру, дополнительный эффект звукоизоляции звукового излучения вследствие частичного отражения звуковых волн, распространяющихся со стороны торцевой зоны передка корпуса ДВС (из зоны шумогенерирующих элементов привода ГРМ) в обратном направлении. Также вследствие этого в более существенной степени шумоизолируется замкнутое зашумленное пространство привода ГРМ от пространства моторного отсека транспортного средства и, соответственно, дальше от открытого пространства (окружающей среды). Это обеспечивается тем, что внешний лицевой пористый волокнистый слой выполняется не менее чем в два раза меньшей толщины, но не менее чем в два раза большей плотности по отношению к внутреннему пористому волокнистому слою (более «рыхлому» и более динамически податливому, что обеспечивает более существенные динамические деформации его скелетной структуры), тем самым обеспечивая более высокое по эффективности поглощение звуковых волн. В это же время внешний пористый слой, являясь более тонким, но более жестким и более плотным, с одной стороны, усиливает отражение звука в направлении замкнутой полости кожуха привода ГРМ и тем самым усиливает эффективность поглощения энергии звуковых волн в ней внутренним («рыхлым») слоем, а с другой стороны, такая двухслойная конструкция кожуха в силу своей сквозной пористости поглощает и пропускает внутрь полости кожуха энергию звуковых волн, падающих на него с внешней стороны (со стороны звукоотражающих кузовных элементов моторного отсека (капота, брызговиков, щитка передка) и различных шумоактивных, шумогенерирующих узлов, агрегатов и систем, сосредоточенных в пространстве моторного отсека). Внешний ужесточенный (уплотненный) слой обеспечивает требуемую (повышает) каркасность кожуху, улучшает его долговечностные и эстетические эксплуатационные свойства. Наружная поверхность внешнего слоя пористой структуры кожуха для обеспечения высоких эксплуатационных и эстетических характеристик может быть облицована защитным звукопрозрачным грязе-масло-водоотталкивающим слоем, например тканевым слоем материала типа малифлиз или тонким звукопрозрачным слоем алюминизированной полиэстеровой (лавсановой) пленки. Внутри пористой звукопоглощающей структуры кожуха реализуется интегрирование металлических или пластмассовых закладных монтажных дистанционных втулок для обеспечения последующего надежного и долговечного крепления кожуха к торцевой передней зоне ДВС. Кроме этого, во внешнем слое кожуха может быть сформирован ужесточающий каркасный элемент в виде закладной армирующей детали типа металлической проволочной сетки, пластмассового или металлического стержневого скелетного оребрения, или же могут быть выполнены соответствующие поднутряющие полости, заполненные пористым звукопоглощающим веществом «рыхлого» податливого слоя.
Таким образом, технический результат разработки низкошумного транспортного средства достигается за счет применения в конструкции кожуха ограждения привода ГРМ ДВС транспортного средства двухслойной пористой волокнистой звукопоглощающей структуры, содержащей соответствующим образом соединенные внешний и внутренний составные слои, имеющие заданные соотношения значений параметров их толщин и плотностей таким образом, что внешний слой имеет не менее чем в два раза меньшую толщину, но не менее чем в два раза большую плотность по отношению к аналогичным параметрам внутреннего слоя. Применение металлических или пластмассовых монтажных дистанционных втулок в зонах крепления кожуха к торцевой зоне ДВС позволяет исключить разрушающую деформацию (вследствие эффекта сдавливания крепежным элементом) конструктивного материала (двухслойной пористой структуры) кожуха, обеспечив тем самым его надежное долговечное крепление, с использованием, например, метизного соединения.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет критерий "изобретательский уровень" по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 показан установленный в моторном отсеке кузова легкового автомобиля ДВС, привод ГРМ которого оборудован шумоизолирующим кожухом.
Позициями на фиг.1 обозначены:
1 - ДВС легкового автомобиля;
2 - ведущий шкив привода ГРМ;
3 - ведомый шкив;
4 - зубчатый ремень;
5 - шкив привода насоса системы охлаждения ДВС;
6 - натяжной ролик;
7 - торцевая зона передка ДВС;
8 - щиток передка кузова легкового автомобиля;
9 - брызговик ДВС;
10 - кузовная панель брызговика колеса;
11 - панель капота кузова;
12 - шумоизолирующий кожух привода ГРМ;
13 - закладные монтажные дистанционные втулки.
На фиг.2 показан вид сбоку шумоизолирующего ограждающего кожуха привода ГРМ. Позициями на фиг.2 обозначены:
2 - ведущий шкив привода ГРМ;
3 - ведомый шкив;
5 - шкив привода насоса системы охлаждения ДВС;
6 - натяжной ролик;
7 - торцевая зона передка ДВС;
12 - шумоизолирующий кожух привода ГРМ.
Фиг.3 иллюстрирует установку в кожухе закладных монтажных дистанционных втулок. Позициями на фиг.3 обозначены:
12 - шумоизолирующий кожух привода ГРМ;
13 - закладная монтажная дистанционная втулка;
18 - крепежный элемент.
На фиг.4 показан фрагмент поперечного разреза шумоизолирующего кожуха привода ГРМ, иллюстрирующий двухслойную (сквозной пористости) волокнистую звукопоглощающую структуру кожуха. Позициями на фиг.4 обозначены:
14 - внешний пористый волокнистый слой;
15 - внутренний пористый волокнистый слой;
16 - термоадгезивный звукопрозрачный слой технологической сшивки составных пористых слоев (внешнего 14 и внутреннего 15);
17 - защитный звукопрозрачный грязе-масло-водоотталкивающий слой.
На фиг.5 показан вариант конструктивного исполнения шумоизолирующего кожуха с выполнением во внешнем уплотненном пористом слое поднутряющих полостей, заполненных пористым звукопоглощающим веществом «рыхлого» податливого слоя.
Фиг.6 иллюстрирует выполнение во внешнем слое кожуха ужесточающего каркасного элемента в виде закладной армирующей детали типа пластмассового или металлического стержневого скелетного оребрения. Позициями на фиг.6 обозначены:
14 - внешний слой;
15 - внутренний слой;
17 - защитный звукопрозрачный грязе-масло-водоотталкивающий слой;
19 - ужесточающий каркасный элемент.
1
2
1
2
Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке ДВС 1, привод ГРМ которого охвачен шумоизолирующим кожухом 12, закрепленным посредством крепежных элементов 18 на несущих элементах корпуса ДВС 1. Базовая структура материала стенки шумоизолирующего кожуха 12 (см. фиг.1, 2, 4) выполнена в виде двухслойной пористой волокнистой звукопоглощающей структуры, содержащей составные цельноформованные пористые волокнистые слои - внешний 14 и внутренний 15, связанные между собой звукопрозрачным термоадгезивным слоем (термоактивным веществом) 16. Плотность пористой структуры внешнего слоя ρ не менее чем в два раза больше плотности пористой структуры внутреннего слоя ρ, а толщина внешнего слоя n не менее чем в два раза меньше толщины внутреннего слоя n. Выполнение стенки шумоизолирующего кожуха в виде такой двухслойной сквозной пористой звукопоглощающей структуры, с регламентированными дифференцированными механоакустическими характеристиками слоев кожуха, позволит достигнуть скачкообразного изменения волнового сопротивления распространению звуковых волн в двухслойной пористой структуре кожуха, что обеспечит, наряду с эффектом поглощения энергии звуковых волн при их прохождении через пористые структуры, дополнительный эффект звукоизоляции звукового излучения, формируемого работой привода ГРМ в замкнутом пространстве полости кожуха вследствие частичного дополнительного отражения звуковых волн, распространяющихся со стороны торцевой зоны передка корпуса ДВС (из зоны шумогенерирующих элементов привода ГРМ) в обратном направлении - в пространство моторного отсека транспортного средства и открытое пространство (окружающую среду). Наружная поверхность внешнего слоя 14 для придания ей улучшенных эксплуатационных свойств в отношении предотвращения поглощения влаги, топлива, масла, загрязнения и обеспечения более высоких эстетических качеств при сохранении звукопоглощающих свойств пористой структуры кожуха облицована внешним защитным звукопрозрачным грязе-масло-водоотталкивающим слоем 17, например тканевым слоем материала типа малифлиз или тонким звукопрозрачным слоем алюминизированной полиэстеровой или лавсановой пленки. В структуру кожуха 12 (см. фиг.3) интегрированы металлические или пластмассовые монтажные дистанционные втулки 13 для возможности монтажа кожуха посредством болтов, шпилек или другого типа крепежных элементов 18 к торцевой зоне 7 передка ДВС. Применение металлических или пластмассовых закладных дистанционных монтажных втулок 13 в зонах крепления кожуха 12 к торцевой зоне передка ДВС позволяет исключить разрушающую деформацию (эффект сдавливания) пористой структуры конструктивного материала кожуха при его соединении метизными крепежными элементами, обеспечив таким образом требуемую надежность и долговечность узла. Внешний «уплотненный» пористый слой возможно выполнить с образованием соответствующих поднутряющих полостей (см. фиг.5) для последующего заполнения их звукопоглощающим пористым веществом «рыхлого» податливого внутреннего слоя. Также, при необходимости, во внешнем слое 14 кожуха может быть сформирован ужесточающий каркасный элемент 19 в виде закладной армирующей детали типа металлической проволочной сетки, пластмассового или металлического стержневого скелетного оребрения.
Пористые звукопоглощающие слои (14, 15) шумоизолирующего кожуха 12 могут быть изготовлены из волокнистых материалов на основе натуральных (хлопковых, шелковых, джутовых, сизальных, льняных, конопляных и др. или белковых животного происхождения), синтетических (акриловых, полиэстеровых, полиэфирных, полиоксадиазольных, полиимидных, углеродных, арамидных, полипропиленовых, нейлоновых, и т.д.), минеральных волокон (базальтовых, керамических, стеклянных и т.д.), или из вспененных материалов (на основе уретанового, нитрильного, винилового, бутадиен-стирольных каучуков и т.д.). Волокна могут быть пропитаны связующим, содержащим, к примеру, фенилметилполисилоксан, полиорганоэлементосилазан, тетрабромдифенилпропан, фенолформальдегида, полиимида и т.д.
2
Составные пористые звукопоглощающие слои (14, 15) шумоизолирующего кожуха могут скрепляться в единый модуль с помощью звукопрозрачного клеевого слоя или с использованием полимерных термопластичных волокон, наносимых на их сопрягаемые поверхности. Звукопрозрачность клеевого слоя может обеспечиваться путем ее нанесения тонкими сплошными или прерывистыми линиями, образующими множество правильных геометрических фигур, путем перфорирования его сплошного слоя сквозными отверстиями, путем нанесения сплошного клеевого слоя с низким удельным поверхностным весом (не более 100 г/м). В роли скрепляющих термопластичных волокон могут использоваться полипропиленовые бикомпонентные волокна, которые при температуре 160-170°С расплавляются и обеспечивают высокую степень адгезии составных слоев шумоизолирующего кожуха 12. При последующем разогреве до температуры 210…230°С они обеспечивают свойства формоустойчивости при технологическом процессе формования шумоизолирующего кожуха 12.
Ввиду того что вибрирующая пористая структура кожуха 12 обладает слабыми звукоизлучательными качествами в низкочастотном диапазоне (вследствие пористости и высокого внутреннего трения волокнистой структуры материала) и одновременно высокими звукопоглощающими свойствами в области средних и высоких частот (ввиду диссипативных потерь поглощения энергии звуковых волн при их распространении в пористой структуре стенки кожуха), а защитный звукопрозрачный грязе-масло-водооталкивающий материал предохраняет ее от загрязнения (позволяет осуществлять периодическую мойку) как саму пористую структуру волокнистого материала, так и внутреннее пространство зоны размещения привода ГРМ, то одновременно улучшаются как акустические, так и эксплуатационные характеристики транспортного средства в целом при сопутствующем снижении стоимости кожуха.
Заявляемая конструкция транспортного средства, предусматривающая применение двухслойной пористой волокнистой структуры ограждающего кожуха ГРМ ДВС, слои которой имеют различные заданные толщины, плотности, пористости и сопротивления продуванию воздушным потоком (противодавления) реализует эффективное уменьшение шумового излучения как генерируемого непосредственно элементами привода ГРМ ДВС, так и эффективно поглощает звуковую энергию диффузного звукового поля, формирующегося в подкапотном пространстве (моторном отсеке) транспортного средства, вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхностей панелей кузова (капота, щитка передка, брызговиков колес), брызговика ДВС, стенок корпуса ДВС, формируемую другими шумоактивными агрегатами и системами, расположенными (скомпонованными) в пространстве моторного отсека (подкапотного пространства) автомобиля. Таким образом, реализуется шумопонижающий эффект для транспортного средства в целом путем воздействия на акустические процессы (генерируемые шумовые излучения) от его многочисленных источников.