КОРОБ ВОЗДУХОПРИТОКА КЛИМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ КАБИНЫ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2000 года по МПК B62D25/08 B60R13/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к шумовибродемпфирующим панелям (ШВДП), которые монтируются на элементах кузова, разделяющих кабину (салон) и моторный отсек автомобилей, тракторов, комбайнов, погрузчиков и других наземных транспортных средств.

Эксплуатация указанных выше транспортных средств с реализацией рабочих процессов в их энергетических установках сопровождается, как правило, повышенным шумом, излучаемым как наружу - в окружающую среду, так и в кабину, который оказывает на человека раздражающее воздействие, ускоряет процесс его утомления, ослабляет внимание и значительно ослабляет психические реакции, что нецелесообразно с точки зрения их безопасной эксплуатации. Отрицательное влияние на водителя тем больше, чем выше уровень шума в кабине и чем продолжительнее его воздействие. Излучаясь наружу из моторного отсека в окружающую среду, шум является одним из серьезных источников загрязнения окружающей среды, отрицательно влияя на здоровье населения на селитебных территориях.

Интенсивность шума в кабине кузова транспортного средства зависит, при прочих равных условиях, от качества звукоизоляции воздушного звука между наиболее шумной зоной транспортного средства - моторным отсеком, где установлен силовой агрегат, и непосредственно пространством кабины (салона), а также от степени вибрационного возбуждения и соответствующего излучения структурного звука, передаваемого твердым путем, непосредственно развитыми металлическими поверхностями, разделяющими моторный отсек и пространство кабины - панели щитка передка моторного отсека, короба воздухопритока климатической установки, передней части пола кузова и др., которые являются, с одной стороны, наиболее шумовибронагруженными частями кабины, а, с другой, - в частности, панели короба воздухопритока, являясь плоскими с развитыми поверхностями и соответственно динамически податливыми - эффективно излучают структурный звук в салон и мотоотсек. В третьих - сильное вибрационное возбуждение металлической структуры панелей короба воздухопритока в силу хорошей вибропроводности металла легко передается к примыкающим к панелям короба элементам кабины, щитка передка и другим панелям кузова, при этом жестко установленные на щитке передка и панели приборов различные электронные устройства и электрические приборы (реле, блоки управления, коммутаторы и пр.), являясь очень чувствительными к вибрационным нагрузкам с точки зрения надежности и функционирования, также подвергаются неблагоприятным разрушающим воздействиям интенсивных вибраций, передаваемых к ним от вибровозбужденных панелей передка кузова.

Описанные выше проблемы имеют место в конкретных конструкциях коробов воздухопритока климатических установок кузова легкового автомобиля, которые, в частности, известны из описаний к заявке Японии N 60-48385, кл. B 62 D 25/08, публ. 26.10.85; патенту США N 4718712, кл. B 62 D 25/12, публ. 12.01.88; заявке Великобритании N 2153754, кл. B 62 D 25/08, публ. 29.08.85; заявке Германии N 4005090, кл. B 62 D 25/08, публ. 22.08.91 и др.

Известно шумовиброизоляционное покрытие, описанное в авторском свидетельстве СССР N 1678668, кл. B 60 R 13/08, публ. 23.09.91, БИ N 35, которое эффективно по своему прямому назначению, однако имеет ограниченное применение и для обеспечения достаточной эффективности требует применения значительной толщины, обладает невысокой механической прочностью. Кроме того, при попадании на ее поверхность внешних атмосферных воздействий через воздухозаборное отверстие короба воздухопритока в его полость (попадание снега, влаги, грязи из окружающей среды), физико-механические свойства материала покрытия ухудшаются, снижаются вязкостные и упругие свойства и шумодемпфирующие качества, возможно и частичное механическое разрушение, появление трещин и т. п. Следует отметить, что специфической особенностью применения таких покрытий является конструктивное ограничение их предельной толщины, т.к. при больших толщинах покрытий может существенно уменьшаться полезный объем кабины, объемы короба воздухопритока, в котором монтируется климатическая установка, или моторного отсека.

В качестве прототипа выбрана конструкция короба воздухопритока климатической установки кузова легкового автомобиля, описанная в заявке Японии (A2) N 4-349051, кл. B 60 R 13/08, публ. 03.12.92, и входящая в состав фрагмента угла моторного отсека автомобиля в непосредственной близости от его ветрового стекла. В частности, описана зона, ограниченная частью капота, частью передней панели моторного отсека, отделяющей моторный отсек от пассажирского салона, и прилегающими к этой части панели стенками короба климатической установки.

Звуковая энергия, генерируемая внутри моторного отсека за счет шума и вибраций силового агрегата и волновых (акустических) резонансных явлений в моторном отсеке и передающаяся как в окружающую среду, попадая в воздухозаборник климатической установки, так и внутрь пассажирского салона через переднюю панель моторного отсека и выполненные в ней технологические и функциональные отверстия, частично изолируется и гасится за счет применения специального звукоизоляционного колпака, примыкающего как к панели капота, так и к передней панели мотоотсека.

Панели короба воздухопритока в виде плоских тонкостенных панелей, являющиеся составными частями конструкции щитка передка (ее верхней части), наиболее сильно нагружаемой динамическими (вибрационными) нагрузками вблизи расположенными опорами силового агрегата, коммуникационными твердыми связями, проходящими через щиток передка (тяги, трубки, пучки проводов, тросы и т. д. ) и акустическими излучениями из пространства моторного отсека, могут являться интенсивными структурными переизлучателями звуковой энергии в пространство салона автомобиля, т.к. они являются одними из составных частей, формирующих жесткую оболочку пространства салона (кузова). Таким образом, возможно непосредственное излучение структурного шума от этих панелей короба воздухопритока в замкнутое пространство салона (кабины) кузова автомобиля. Особенно сильное излучение и передача звука в салон производится на резонансных режимах изгибных "диафрагменных" колебаний стенок этих панелей короба воздухопритока.

Целью изобретения является улучшение акустического комфорта в кабине кузова транспортного средства за счет повышения эффективности вибродемпфирования и звукоизоляции стенок короба щитка передка климатической установки.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном коробе воздухопритока климатической установки, стенки которого выполнены в виде тонколистовых металлических панелей, наружные поверхности последних со стороны встречного потока воздуха по крайней мере частично облицованы многослойным ШВДП, в первую очередь в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний соответствующих стенок, при этом суммарная площадь ШВДП составляет не менее половины суммарной площади поверхности стенок, из которых составлен короб.

Многослойная ШВДП, в частности, может содержать слой весового вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала. Армирующий слой выполняется, например, из металлической фольги, например алюминиевой, толщиной 0,1...0,4 мм. Наличие армирующего слоя позволяет избежать недопустимого утолщения панели при получении заданной эффективности демпфирования. При значительной жесткости армирующего слоя для удобства монтажа ШВДП придают геометрическую форму сопрягаемой с поверхностями элементов короба поверхности. ШВДП может быть выполнена составной из нескольких автономных панелей. На внутренней поверхности весового слоя панели может размещаться дополнительный слой адгезионного (липкого) вещества, или весовой слой содержит термоадгезивный материал, полимеризующийся под воздействием повышенной температуры (+140...200^oC).

При таком конструктивном исполнении в сравнении с прототипом в значительной степени активизируется механизм подавления шума, обусловленного вибрирующими элементами кузова, т. к. наличие ужесточающего армирующего слоя позволяет реализовать сдвиговый механизм микродеформаций непосредственно вязкоупругого демпфирующего слоя, наиболее эффективно в таких случаях рассеивающего виброакустическую энергию, а также увеличить эффективность демпфирования за счет размещения панелей в пучностях колебаний стенок короба воздухопритока и увеличить звукоизоляцию и динамическую жесткость стенок короба воздухопритока за счет реализации многослойной панели с различными по плотности и механическому сопротивлению составных слоев (металлический лист-вязкоупругий слой-фольгированный слой).

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
- на фиг. 1 показан короб воздухопритока климатической установки (вид со стороны моторного отсека), стенки которого частично облицованы ШВДП;
- на фиг. 2 показано поперечное сечение короба по фиг. 1;
- на фиг. 3 показано пространственное изображение короба;
- на фиг. 4 показан характер деформаций структуры стенок короба с выраженными изгибными собственными колебательными модами;
- на фиг. 5 показано сечение ШВДП, установленной на стальную стенку, в недеформированном и деформированном состояниях;
- на фиг. 6 показана функция общей передачи "сила-шум", характеризующая эффективность заявляемого технического решения.

Короб воздухопритока климатической установки кабины пассажирского салона кузова транспортного средства облицован многослойным покрытием 1, смонтированным на отдельных зонах стенок 2 короба. ШВД панель содержит слой 3 весового вязкоупругого шумовибродемпфирующего материала. Например, это может быть битумный ламинат, поливинилхлорид, сополимер алкилакрилата, смесь полибутадиена и каучука и др., облицованного снаружи армирующим слоем 4 из жесткого материала, например алюминиевой фольгой, толщиной 0,2...0,4 мм. Суммарная площадь ШВДП составляет не менее половины поверхности стенок короба. В том случае, когда армирующий слой 4 имеет значительную величину и является достаточно жестким, например путем прессования, ШВД панели заранее придается геометрическая форма, которая повторяет форму сопрягаемой с ней поверхности стенки короба для улучшения технологичности сборки. ШВД панель может быть выполнена в виде единой детали или она может быть выполнена составной. На внутренней поверхности весового слоя 3 может быть размещен слой 5 адгезионного липкого вещества, способного обеспечить высокую адгезию ШВД панели с сопрягаемыми поверхностями стенок короба. Высокая адгезия может быть обеспечена как за счет применения специальных клеевых соединений, срабатывающих при комнатной температуре, так и за счет термоадгезивного слоя, полимеризующегося при температуре +120...200^oC, или за счет собственной адгезии непосредственно вязкоупругого материала весового слоя в процессе повышения его температуры.

Кузовной структурный шум, т.е. излучаемый вибрирующими поверхностями панелей кузова легкового автомобиля с несущим кузовом (и в особенности кузовом без жесткой рамы или подрамника для крепления силового агрегата и трансмиссионных агрегатов), является преимущественно низкочастотным. В соответствии с этим для достижения акустического комфорта в салоне, в первую очередь, необходимо подавить излучение шума именно в этом низкочастотном диапазоне звукового спектра. Как известно, применяемые в технике способы звукопоглощения и звукоизоляции в низкочастотном диапазоне спектра при использовании различных звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов являются малоэффективными. Для получения эффектов снижения низкочастотного звука, излучаемого панелями, преимущественно используются методы вибродемпфирования вибропоглощающими покрытиями.

В качестве вибропоглощающих элементов (панелей) используют вязкоупругие вибродемпфирующие покрытия, которые с высокой адгезией устанавливаются на поверхностях этих вибрирующих стенок. В данном случае, это стенки 2 короба воздухопритока климатической установки с воздухозаборным отверстием 6. Как уже отмечалось, высокая адгезия в этих случаях обеспечивается за счет применения специальных липких клеевых соединений, термоадгезивного слоя 5 или за счет собственной адгезии сопрягающейся поверхности вязкоупругого слоя 3 в процессе повышения температуры. Наиболее эффективно рассеивание вибрационной энергии происходит в результате реализации механизма сдвиговых деформаций, в вязкоупругом материале слоя 3, что обеспечивается потерей энергии, расходуемой на внутреннее трение структуры шумовибродемпфирующего материала при относительных перемещениях составных микроэлементов структуры покрытия в процессе их деформирования. Сдвиговый механизм микроперемещений эффективно и причем в более широком рабочем температурном диапазоне реализуется в структурах типа "сэндвич", т.е. в тех случаях, когда вязкоупругий демпфирующий материал 3 с высокой адгезией находится между двумя деформируемыми жесткими стенками 2 и 4, причем деформируемыми в различной степени, что и вызывает реализацию сдвиговых деформаций слоев, т.к. внешние слои ШВДП совершают приблизительно одинаковые по величине деформации как самостоятельные панели 2 и 4, и связь между ними осуществляется исключительно через эту вязкоупругую демпфирующую прослойку 3. Схематично этот динамический процесс наглядно показан на фиг. 5.

С другой стороны, наличие дополнительного армирующего слоя 4 повышает изгибную жесткость кузовной стенки в целом, что благоприятно сказывается на уменьшении динамической податливости стенки в целом и соответствующем снижении излучаемого ею шума, а также увеличивает звукоизоляцию стенки как 3-слойной структуры (металл 2 - вязкоупругий слой 3 - фольга 4), т.к. каждый из слоев которой имеет определенную плотность и механическое сопротивление.

Наиболее целесообразными зонами установки такого вибродемпфирующего покрытия с армирующим слоем являются зоны стенок 2 короба воздухопритока климатической установки кабины кузова, в которых реализуются пучности низших собственных резонансных изгибных форм (фиг. 4) металлической стенки 2 короба воздухопритока кузова. В этом случае, используется в максимальной степени эффект рассеивания вибрационной энергии, в силу использования шумовибродемпфирования в зоне наиболее сильного динамического нагружения, соответственно реализации наибольших сдвиговых деформаций слоя ШВДП и в результате этого - обеспечивается наиболее эффективное преобразование вибрационной (деформационной) энергии в тепловую. Кроме того, это приводит к экономии материала, из которого изготовлены ШВДП.

Высокая эффективность вибродемпфирования указанной зоны, вызываемая ее сильной вибронагруженностью, обусловлена расположением непосредственно в структуре стенок или в непосредственной близости от них, сильно вибрирующих энергоемких коммуникационных связей типа виброизолирующих опор силового агрегата, коробки перемены передач, элемента механизма привода управления коробкой передач, кронштейнов рулевого вала, педального механизма, тросов управления дроссельной заслонкой, различных трубопроводов и других вибрационных связей, возбуждающих и деформирующих (упруго) стенки (зоны этих стенок) в максимальной мере. Соответственно эти зоны становятся, как правило, зонами повышенного шумоизлучения и источниками создания акустического дискомфорта в кабине или пассажирском салоне транспортного средства, а также зонами вибрационного нагружения чувствительных электронных и электрических узлов автомобиля (реле, коммутаторы, электродвигатели и т.п.).

ШВД панель может быть изготовлена составной, например из двух фрагментов, которые при монтаже (для его удобства) могут стыковаться с незначительным зазором или с минимальным зазором.

На фиг. 6 показана функция общей передачи "сила-шум", характеризующая способность к звукоизлучению стенки с установленной на ней ШВДП при приложении к ней заданного динамического возбуждения. Из анализа функции передачи видно, что установка ШВДП приводит к существенному снижению звукоизлучения (в сравнении с необработанной штатной стенкой) на резонансных модах Ф1 и Ф2 и особенно эффективно на собственной моде Ф2.

Таким образом, в результате применения предлагаемой ШВДП решаются следующие задачи:
- эффективно демпфируются структурные вибрации и излучение звука стенками кузова, непосредственно формирующими замкнутое пространство салона автомобиля (причем в более широком рабочем температурном диапазоне), что благоприятно сказывается на снижении генерируемого этими стенками структурного шума в салоне автомобиля и улучшении акустического комфорта в салоне;
- уменьшается передача возбуждения структурных вибраций от наиболее нагруженных стенок кузова к другим примыкающим жестким структурам систем и деталей интерьера кузова (полов кузова, корпуса отопителя, воздуховодов, панели приборов и др.), ослабляя, таким образом, переизлучение звуковой энергии этими вторичными источниками шума;
- увеличивается звукоизоляция пространства салона от наиболее шумной зоны автомобиля - пространства моторного отсека, за счет увеличения звукоизоляции непосредственно стенок короба воздухопритока путем увеличения массы ШВД панели и получения слоистой структуры с повышенной звукоизоляцией;
- уменьшается возбуждение чувствительных к вибрациям различных электронных блоков типа реле, контроллеров и т.п., жестко смонтированных на поверхности щитка передка;
- увеличивается теплоизоляция пространства кабины или салона автомобиля от пространства моторного отсека, что благоприятно с точки зрения температурного комфорта;
- увеличивается долговечность вибродемпфирующих панелей с сохранением (длительным по времени) их шумовибродемпфирующих и звукоизолирующих характеристик за счет защитного воздействия внешнего фольгирующего слоя от вредных атмосферных воздействий.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к шумовибродемпфирующим панелям (ШВДП), которые монтируются на элементах кузова, разделяющих кабину (салон) и моторный отсек наземных транспортных средств. Короб содержит жестко сочлененные между собой тонколистовые металлические стенки. Новым является то, что лицевые, по отношению к встречному потоку воздуха, стенки короба, по крайней мере, частично, в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний соответствующих стенок, облицованы многослойными шумовибродемпфирующими панелями, суммарная площадь поверхности которых составляет не менее половины суммарной площади поверхности стенок короба, при этом указанные панели смонтированы адгезионно за счет применения дополнительного липкого слоя, термоадгезива или непосредственно вязкоупругого демпфирующего слоя и содержат, как минимум, один слой весового вязкоупругого вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала, при этом шумовибродемпфирующая панель имеет геометрическую форму поверхности, соответствующую форме, сопрягаемой с элементами короба поверхности. Возможен вариант конструктивного исполнения предлагаемой ВШДП из двух или более автономных панелей. Техническим результатом является улучшение акустического комфорта в кабине кузова транспортного средства за счет повышения эффективности вибродемпфирования и звукоизоляции стенок короба щитка передка климатической установки. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Короб воздухопритока климатической установки кабины (салона) кузова автомобиля, содержащий жестко сочлененные между собой тонколистовые металлические стенки, отличающийся тем, что лицевые, по отношению к встречному потоку воздуха, стенки короба, по крайней мере, частично, в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний соответствующих стенок, облицованы многослойными шумовибродемпфирующими панелями, суммарная площадь поверхности которых составляет не менее половины суммарной площади поверхности стенок короба, при этом указанные панели смонтированы адгезионно за счет применения дополнительного липкого слоя, термоадгезива или непосредственно вязкоупругого демпфирующего слоя и содержат, как минимум, один слой весового вязкоупругого вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала, при этом шумовибродемпфирующая панель имеет геометрическую форму, которая повторяет форму сопрягаемой с ней поверхности стенки короба. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шумовибродемпфирующая панель выполнена составной не менее чем из двух автономных панелей.