ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 1998 года по МПК B60K13/02 F02M35/16 

Изобретение относится к транспортным средствам, преимущественно к легковым автомобилям, в частности, к устройствам воздухоснабжения двигателя.

При проектировании устройств воздухоснабжения двигателя, включающих, как правило воздухоочиститель, один или несколько воздухоподводящих патрубков, газосборный ресивер, элементы шумоглушения и сглаживания газовых пульсаций, элементы подогрева впускного воздуха и устройства для исключения попадания во впускной тракт воды, с целью обеспечения высоких акустических качеств целесообразно учитывать геометрические параметры и взаимосвязь элементов, составляющих весь впускной тракт двигателя от впускного клапана до свободного воздухозаборного среза воздухоподводящего патрубка. Оптимизация геометрических параметров составных элементов системы впуска позволяет в ряде случаев существенно влиять на процессы излучения звуковой энергии внутри пространства моторного отсека и в значительной степени уменьшать передачу ее как в окружающую среду, так и непосредственно в салон (кабину).

Из патента России N 1698097, кл. B 60 K 13/02, публ. 15.12.91, Бюл. 46, известно транспортное средство, конкретно - легковой автомобиль, в моторном отсеке которого установлен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), снабженный воздухоочистителем, полость которого подключена к термостатирующей системе воздухоподводящих патрубков - подогретого, смешанного и забортного воздуха, при этом заборный срез последнего смонтирован на передней панели (решетке радиатора) моторного отсека.

Из соображений акустики (минимального шумового излучения), суммарная длина меньшего и большего воздухозаборных патрубков определенным образом оптимизированы.

Из патента России N 1703505, кл. B 60 K 13/02, публ. 07.01.92, Бюл.1, известно транспортное средство содержащее мотоотсек, силовой агрегат и систему подачи забортного воздуха в двигатель внутреннего сгорания, включающую подключенный к силовому агрегату воздухоочиститель, снабженный воздухоподводящим патрубком подачи забортного воздуха, входной срез которого расположен в плоскости внешней панели передней части мотоотсека. Здесь, с целью улучшения акустических и эксплуатационных характеристик, между стенкой патрубка и отверстием в панели, в котором он расположен, выполнен кольцевой зазор, площадь которого не менее площади сечения входного среза. В общем случае, образованный зазор исключает замыкание источника звукового излучения (среза патрубка) с тонкостенной и развитой по площади внешней панелью, что исключает (ослабляет) акустическое возбуждение последней, а так же ослабляет излучение воздушного звука свободным срезом вследствие уменьшения коэффициента излучения рассмотренной звукоизлучательной системы (уменьшения сопротивления излучения).

Однако, на практике, в большинстве случаев, передняя панель мотоотсека представляет собой геометрически сложную, объемную и составную конструкцию, составленную, в частности, из передней части капота и крыльев, облицовки радиатора, юбки бампера и других элементов, весьма проблематичную для реализации такой оптимизированной конструкции. В этом, частично замкнутом объеме, составленном из легковозбуждаемых под воздействием акустических процессов элементов, по условиям конструкции и компоновки впускного тракта, размещен достаточно энергоемкий источник излучения звуковой энергии поршневого (монопольного типа) - входной срез воздухозаборного патрубка. В этой связи, становится важным учет взаимного расположения непосредственно источника излучения звуковой энергии в упомянутом объеме и близкорасположенных элементов, образующих этот объем и подверженных акустическому воздействию непосредственно со стороны этого источника.

Известен глушитель шума системы впуска ДВС описанный в заявке Японии N 60-73039, публ. 30.08.85 г., имеющий звукоотражающую поверхность, направленную перпендикулярно (напротив) осей срезов впускных труб карбюратора, находящихся внутри короткого цилиндрического объема впускной расширительной камеры, установленной на карбюраторе. Указанный отражатель звука выполнен в виде перпендикулярно установленных коротких цилиндрических трубок с глухими донышками, интегрированными в стенку расширительной камеры в виде монолитной конструкции. Таким образом, в указанном глушителе для подавления излучаемого шума системы впуска применяется технический прием использования дополнительных, специально введенных звукоотражающих элементов, определенным образом сориентированных внутри всасывающих трубопроводов впускного тракта ДВС.

Недостатками известного устройства являются:
1) повышенные гидравлические сопротивления впускного тракта, вызванные введением в газовод структурных неоднородностей (внутренних звукоотражающих трубок), загромождающих проходное сечение трубопроводов и тормозящих воздушный поток, а также введением крутого (на 90 градусов) поворота сечения трубопроводов (расширительной камеры);
2) увеличенная материалоемкость устройства в целом, обусловленная введением дополнительных элементов отражения и ослабления звуковой энергии на впуске (материал на изготовление коротких трубчатых элементов).

В качестве прототипа выбран объект, описанный в патенте России N 2044915, кл. F 02 M 31/00, публ. 27.09.95, Бюл. 27, который, в частности, включает установленный в моторном отсеке автомобиля ДВС, снабженный воздухоочистителем, внутри которого размещен фильтрующий элемент и подключенную к воздухоочистителю систему патрубков, входной срез воздухозаборника которой размещен в передней зоне мотоотсека между радиатором системы охлаждения и передней панелью моторного отсека автомобиля, которая в свою очередь составлена из передней части капота, передней части крыльев, решетки радиатора и юбки бампера.

Устройство воздухоснабжения двигателя описанного транспортного средства надежно исключает возможность попадания в тракт системы впуска через срез воздухозаборника нежелательных материальных воздействий, присутствующих во встречном воздушном потоке, таких как снег, вода, песок, щебень, мелкие летающие насекомые (комары, мухи, бабочки), листья и пр. Одновременно с этим, такой тракт системы впуска имеет незначительные гидросопротивления, что благоприятно для экономических и динамических характеристик двигателя. Однако отсутствие в устройстве воздухоснабжения специальных средств, позволяющих эффективно решать задачу уменьшения шума впуска, является существенным недостатком прототипа. Тем более, что слабо заглушенный источник звуковой энергии на впуске - срез воздухосборника, размещен в непосредственной близи от жестких элементов, звукоотражающая поверхность которых зеркально обращена навстречу (напротив и/или за срезом) воздухозаборника, что потенциально увеличивает суммарное излучение реального источника звука вторичными (зеркальными) источниками излучения в виде дополнительной акустической энергии излучаемой непосредственно в окружающую среду. В связи с этим, близкое, неоптимизированное (произвольное) расположение свободного среза воздухозаборника относительно развитых плоских звукоотражающих поверхностей тонкостенных металлических или аналогичных местных полимерных элементов кузова, может вызвать соответствующее усиление излучаемой акустической энергии.

Задачей изобретения является обеспечение оптимального, с акустической точки зрения, размещения воздухозаборника в передней зоне моторного отсека при забортном заборе воздуха в двигатель и в этой связи исключение резонансного суммарного усиления излучения звука за счет исключения (достаточного ослабления) механизма увеличения сопротивления излучению звука близкорасположенными звукоотражающими экранными элементами автомобиля, "догружающими" непосредственный источник излучения собственными давлениями "мнимых" источников излучения, формируемыми близкорасположенной звукоотражающей жесткой стенкой как акустическим зеркалом и, таким образом, увеличивающими непосредственное суммарное излучение звука.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном транспортном средстве, например легковом автомобиле, содержащем установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания, снабженный воздухоочистителем, к камере которого подключена система воздухоподводящих патрубков, входной срез воздухозаборника которой размещен в передней зоне моторного отсека между радиатором системы охлаждения двигателя и передней панелью моторного отсека автомобиля, которая в свою очередь выполнена в виде сборной конструкции, составленной из тонкостенных, развитых по поверхности панелей (жестких, металлических или пластмассовых, обладающих высокой звукоотражающей способностью), по крайней мере часть которых размещена акустически зеркально по отношению к излучающему звук входному срезу воздухозаборника, расстояние от входного среза воздухозаборника до наиболее близко акустически зеркально расположенной к нему панели и эквивалентный диаметр входного среза воздухозаборника взаимосвязаны зависимостью H/D>1,7.

Под акустически зеркальной по отношению к срезу воздухозаборника подразумевается такая панель, на поверхности которой располагается по крайней мере большая часть нормальной проекции сечения среза (источника акустического излучения) на эту панель, а с другой стороны - это панель, поверхность которой воспринимает высокое звуковое давление, излучаемое источником (свободным срезом).

Как правило, передняя панель моторного отсека современного легкового автомобиля представляет собой сборную конструкцию, включающую переднюю часть капота, переднюю часть крыльев (металлические, тонколистовые штампованные изделия), решетку радиатора (она может быть изготовлена и из жесткой пластмассы), юбку бампера (в своем большинстве это изделие из жесткой пластмассы) и др. элементы, например, переднюю часть брызговиков колес.

При таком определенном (достаточно удаленном) взаимном расположении источника звука и акустически зеркально расположенной к нему звукоотражающей панели исключается или в значительной степени ослабляется суммарное резонансное усиление излучения звука за счет достаточного ослабления сопротивления излучению звука близкорасположенными экранными элементами передней части моторного отсека автомобиля, слабо "догружающими" непосредственный источник излучения собственными давлениями мнимых источников излучения, формируемыми расположенными в этой зоне жесткими звукоотражающими стенками как акустическими зеркалами.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где
на фиг. 1 показана схема размещения воздухоподводящих патрубков автомобиля в моторном отсеке;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 и 4 - графическая иллюстрация схемы механизма усиления излучения звука жесткой стенкой.

Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания, снабженный воздухоочистителем, к камере которого подключена система воздухоподводящих патрубков 1, входной срез 2 воздухозаборника 3 которой размещен в передней зоне мотоотсека между радиатором 4 системы охлаждения двигателя и передней панелью моторного отсека, т.е. имеет место забор воздуха из зоны мотоотсека, расположенной до лицевой поверхности радиатора. Передняя панель мотоотсека представляет собой сборную конструкцию. На фиг.1 показана только часть составляющих ее элементов, в частности, - это облицовка 5 радиатора и его декоративная решетка 6. Элементы 5 и 6 выполнены в виде тонкостенных, развитых по площади звукоотражающих панелей, при этом декоративная решетка 6 размещена акустически зеркально по отношению к входному срезу 2 воздухозаборника 3. Срез 2 по отношению к внутренней поверхности декоративной решетки 6 расположен определенным образом, о чем подробно будет сказано ниже.

Из области технической акустики известно, что близкорасположенный у излучателя звука поршневого типа (монополя) экранный элемент затрудняет или полностью исключает колебательное перетекание (короткое акустическое замыкание) упругой среды, в которой распространяются звуковые волны, в непосредственной зоне у свободных кромок излучателя (среза 2) и таким образом усиливает излучение излучаемого звука. Такая звукоизлучательная система приближается к известному идеальному типу классического излучателя "поршень в экране".

Известно, что при расположении круглого экрана размерами радиуса λ/8-λ/4 вблизи колеблющегося поршня (λ - длина излучаемой звуковой волны), звуковая мощность источника 2 возрастает до двух раз (именно это имеет место в прототипе, когда плоскость среза охвачена соответствующим экранным элементом). В основе изобретения заложен механизм достаточного удаления таких экранных элементов за счет размещения звукоотражающих, расположенных вблизи источника панелей, в частности панелей 6, на расстоянии, превышающем 1/8λ, что соответствует достаточному удалению экрана (поверхности элемента 6) радиусом λ/8-λ/4 непосредственно от источника (среза 2) с целью исключения (в предельном случае - удвоения) звуковой мощности излучения такой системой.

Начиная с расстояния H ≥ λ/8, влиянием экранирующей жесткой звукоотражающей стенки можно пренебречь, т.к. коэффициент взаимного влияния источника и экрана примерно равен 1, т.е. дополнительной добавки к излучаемой энергии точечного источника за счет близкорасположенной стенки не происходит. Учитывая, что в реальных компоновочных решениях конструкций моторных отсеков легковых автомобилей диаметр воздухозаборного среза 2 существенно ниже преимущественного доминирующего диапазона частот (соответственно - длин волн λ ) излучаемого системой впуска ДВС звука, то активная составляющая сопротивления излучения (и соответственно величины самого излучения звука) пропорциональна квадрату частоты излучения и квадрату площади поверхности излучателя. Соответственно, для исключения усиления излучения звука, производимого свободным срезом 2 вблизи экрана 6 в частотном диапазоне максимальной чувствительности уха и минимального ослабления линейного звукового давления корректирующей характеристики "А" шумомера (500. ..5000 Гц ), достаточно выдержать соотношение параметров Н/D≥1,7.

Действительно, длина волны λ₁ для частоты f₁, равной 500 Гц при скорости звука с=340 м/с, составляет:
λ₁ c/f=340/500=0,68 м
Соответственно 0,68/8=0,085 м
Аналогичным образом
для f₂=5000 Гц, λ₂= 340/5000=0,068 м;
0,068/8=0,0085 м
При диаметре D проходного сечения воздухозаборного среза патрубка 50 мм (0,05 м)
H₁≥ = 0,085 м;
H₂ = = 0,0085 м;
H₁/D≥0,085/0,05≥1,7
H₂/D≥0,0085/0,05≥0,17
Таким образом, лимитирующим минимально допустимым значением соотношения параметров H/D, определяющим уменьшение шума в заданном частотном диапазоне 500...5000 Гц, будет являться значение H₁/D≥1,7.

При выборе более низких значений H/D<H₁/D (т.е. ниже 1,7) будет заужаться частотная область эффективности работы конструкции заявляемого устройства. Например, при произвольно выбранном (противопоставляемом) значении H₃/D = 0,85 (в два раза ближе) граничная частота, начиная с которой будет устранятся нежелательный эффект усиления звука, составит уже 1000 Гц. Таким образом, в важном рабочем (заявляемом) частотном диапазоне 500...1000 Гц произвольно выбранное (противопоставляемое) устройство будет неэффективным.

Верхнее предельное ограничение (H/D>1,7) определяется компоновочными возможностями, как уже было представлено выше, для устранения дополнительного нежелательного усиления излучения звука, достаточно выдержать соотношение H/D не менее 1,7.

Изобретение относится к транспортным средствам, преимущественно к легковым автомобилям, в частности к устройствам воздухоснабжения двигателя преимущественно легковых автомобилей. Задачей изобретения является обеспечение оптимального с акустической точки зрения размещения воздухозаборника в передней зоне моторного отсека при забортном заборе воздуха в двигатель. Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания, снабженный воздухоочистителем, к камере которого подключена система воздухоподводящих патрубков, входной срез воздухозаборника которой размещен в передней зоне мотоотсека между радиатором системы охлаждения двигателя и передней панелью моторного отсека. Передняя панель мотоотсека представляет собой сборную конструкцию, выполненную в виде тонкостенных, развитых по площади звукоотражающих панелей, при этом декоративная решетка размещена акустически зеркально по отношению к входному срезу воздухозаборника. Срез по отношению к внутренней поверхности декоративной решетки расположен определенным образом. Отличается система тем, что расстояние Н от входного среза воздухозаборника до наиболее близко акустически зеркально расположенной к нему звукоотражающей панели декоративной решетки и эквивалентный диаметр D входного среза воздухозаборника связаны зависимостью Н/D > 1,7. 4 ил.

1. Транспортное средство, в частности легковой автомобиль, содержащее установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания, снабженный воздухоочистителем, к камере которого подключена система воздухоподводящих патрубков, входной срез воздухозаборника которой размещен в передней зоне моторного отсека между радиатором системы охлаждения двигателя и передней панелью моторного отсека автомобиля, которая в свою очередь, выполнена сборной, составленной из звукоотражающих тонкостенных, развитых по площади панелей, по крайней мере часть которых размещена акустически зеркально по отношению к входному срезу воздухозаборника, отличающееся тем, что расстояние Н от входного среза воздухозаборника до наиболее близко акустически зеркально расположенной к нему звукоотражающей панели и эквивалентный диаметр Д входного среза воздухозаборника связаны зависимостью Н/Д > 1,7.