ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2004 года по МПК B60R13/08 F02B77/13 G10K11/168 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию транспортного средства, в частности автомобиля, снабженного шумовибродемпфирующим декоративным кожухом верхней части двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).

Для повышения эстетических характеристик подкапотного пространства транспортного средства, т.е. улучшения внешнего вида за счет оригинального дизайна, а так же для целенаправленной термоизоляции отдельных зон подкапотного пространства или обеспечения шумопоглощения в локальных зонах ДВС с целью обеспечения выполнения стандартов на внешний и внутренний шум транспортного средства и улучшения его потребительских качеств за счет повышения акустического комфорта в кабине (салоне) транспортного средства, достаточно широко используются конструкции специальных кожухов, охватывающих верхнюю шумоактивную часть ДВС, выполненных в виде внешней жесткой несущей оболочки (панели) из плотного полимерного материала (полиамид, полипропилен и т.п.), футерованной изнутри соответствующим пористым (волокнистым, пенистым) звукопоглощающим материалом. В большей степени такой кожух ослабляет шум, генерируемый газораспределительным механизмом ДВС. Крепление такого кожуха выполняется съемным и осуществляется к внешним поверхностям соответствующих деталей корпуса ДВС и навесных вспомогательных агрегатов и систем ДВС, которые, как известно, подвержены интенсивным вибрациям в процессе осуществления рабочих процессов, протекающих непосредственно в ДВС. Соответственно будучи закрепленными к различным зонам корпуса ДВС и/или различным агрегатам ДВС (например, к клапанной крышке, ресиверу системы впуска, головке цилиндров и пр.), совершающим интенсивные колебательные движения относительно друг друга, отличные по спектральному составу, амплитудному и фазовому соотношению, кожух (его несущая оболочка) нагружается соответствующим силовым вибрационным возбуждением, в результате чего его стенки совершают интенсивные свободные и вынужденные колебания, изгибные деформации, превращая его (кожух) в колеблющуюся звукоизлучающую диафрагму (оболочку). Особенно опасными являются вибрации оболочки кожуха на резонансных частотах колебаний, когда частоты динамических возбуждений от ДВС, подводимых к оболочке, совпадают с одной из частот (или кратны одной или нескольким частотам) собственных изгибных колебаний оболочки кожуха, что ведет к усиленному процессу излучения звука оболочкой кожуха в подкапотное пространство транспортного средства.

С целью ослабления такого неблагоприятного воздействия на возбуждение несущей структуры оболочки кожуха через твердые пути передачи (крепежные связи) крепление кожуха к ДВС в большинстве случаев осуществляется с использованием промежуточных упругих виброизолирующих элементов (как правило, резиновых втулок), которые ослабляют передачу вибрационной энергии, передаваемой с корпуса ДВС (вспомогательных и навесных агрегатов ДВС) на структуру плотной оболочки кожуха (см., например, патент США № 4027644, МПК F 02 B 77/00, 1977 год). Однако такое конструктивное решение не всегда является достаточно эффективным и обладает рядом существенных недостатков.

Во-первых, применение упругого виброизолированного крепления кожуха наряду с ослаблением передачи вибрационного возбуждения на средних и высоких частотах ведет к непременному низкочастотному резонансу колебательной системы как колеблющегося твердого тела на упругой связи (распределенной массы кожуха как диафрагмы, установленной на пружинах) с соответствующим усилением излучения низкочастотного звука (шума).

Во-вторых, применение резиновых виброизолирующих втулок кожуха в "горячих" зонах ДВС требует, с одной стороны, применения дорогостоящих термостойких резин, а с другой - непременно связано с постепенной потерей упругих вибродемпфирующих характеристик резиновых элементов вследствие продолжительного воздействия на них высоких температур в процессе длительной эксплуатации. Так же имеются аналогичные технические проблемы в условиях эксплуатации транспортного средства при отрицательных температурах окружающей среды. В этом случае упругие и демпфирующие характеристики резиновых элементов так же в существенной мере ухудшаются. Еще в большей степени на долговечность резиновых виброизолирующих втулок оказывают влияние знакопеременные температурные нагрузки, связанные с периодическим нагревом и охлаждением резиновых элементов в процессе эксплуатации в зимнее время года.

Прототип изобретения описан в сборнике докладов 31-го Международного симпозиума ISATA, 98 по технологии и автоматизации автомобилестроения, состоявшегося в Германии, Дюссельдорфе, 2...5 июня 1998 г. (см. Dr.-Ph. Thome, Rieter Automotive France SA "Top Engine Cover: A Part of a comprehensive Noise Reduction Sistem", 98 SAF 068, с.287...297).

В прототипе описан декоративный кожух ДВС, выполняющий функцию глушителя шума верхней части корпуса ДВС (см. фиг.7-8 указанного доклада). Кожух содержит несущую декоративную панель из плотного полимерного материала, снабженную внутренними ребрами жесткости, которая крепится к корпусным деталям ДВС (клапанной крышке и ресиверу) съемными резьбовыми деталями (метизами) и содержит внутренний пористый звукопоглощающий слой из волокнистого или пенистого материала, соединенный с вершинами ребер жесткости несущей панели термоадгезивным или липким клеевым соединением (не исключаются и механические держатели пористого звукопоглощающего слоя), а так же содержит виброизолирующие втулки в зонах крепления кожуха к ДВС посредством известных крепежных элементов (винтов, болтов, шпилек, гаек и др.).

В выбранном прототипе имеют место проблемы, которые уже были отмечены выше. В частности пористый звукопоглощающий слой кожуха, не обладая достаточно высоким коэффициентом потерь по вибрационному демпфированию структур, практически никак не препятствует возможности возникновения низкочастотных изгибных резонансов упруго смонтированной жесткой несущей структуры оболочки кожуха, что ведет к соответствующему генерированию этой структурой интенсивного низкочастотного звука. С другой стороны, такая конструкция кожуха обеспечивает исключительно одностороннее поглощение шумовой энергии - только со стороны, излучаемой верхней зоной ДВС, которая попадает непосредственно на внутреннюю пористую звукопоглощающую футеровку кожуха. Энергия диффузного звукового поля, формируемая многократными отражениями звуковых волн от панелей кузова подкапотного пространства транспортного средства (в первую очередь - от капота кузова), попадая на внешнюю плотную звукоотражающую поверхность кожуха, отражается (а не поглощается) в пространство моторного отсека и далее свободно излучается в окружающую среду через открытые проемы моторного отсека, что снижает эффективность процесса шумоподавления.

Техническая задача в предлагаемом устройстве решается путем создания многослойной шумопоглощающей структуры кожуха, не содержащей звукоотражающих элементов, которая одинаково эффективно осуществляет поглощение звуковых волн как со стороны непосредственно верхней части ДВС и его агрегатов закрываемых кожухом, так и со стороны отраженных звуковых волн, например от капота кузова транспортного средства.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном транспортном средстве, преимущественно легковом автомобиле, содержащем, в частности, установленный в моторном отсеке ДВС, верхняя часть которого охвачена шумоизолирующим кожухом, закрепленным посредством крепежных элементов на несущих элементах корпуса ДВС и размещенным с зазором по отношению к капоту кузова, причем структура кожуха включает несущий каркас и звукопоглощающую панель из пористого звукопоглощающего материала, несущий каркас выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, интегрированной внутрь тела пористой звукопоглощающей структуры панели, образуя, таким образом, двухстороннюю звукопоглощающую структуру.

Структура звукопоглощающей панели из пористого звукопоглощающего материала, расположенная по обе стороны несущего каркаса, в виде двухстороннего поглотителя звука может быть однородной или иметь различные механо-акустические характеристики пористых структур, располагаемых над и под несущим перфорированным каркасом кожуха.

Часть звукопоглощающей панели, расположенная над несущим каркасом, может быть выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала, а часть звукопоглощающей панели, расположенная под несущим каркасом, может быть выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана.

В ином конструктивном исполнении часть звукопоглощающей панели, расположенная над несущим каркасом, может быть выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана, а часть звукопоглощающей панели, расположенная под несущим каркасом, может быть выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала.

Отверстия перфорации несущего каркаса, который может представлять собой перфорированную пластину, могут быть выполнены сквозными круглыми, либо могут быть выполнены в виде открытых просечек с отгибами, либо иметь иную геометрическую форму.

В возможном варианте конструктивного исполнения несущий каркас может быть выполнен в виде однослойной или многослойной проволочной металлической сетки, смонтированной на несущих стержневых элементах.

Смонтированные на несущем каркасе кожуха крепежные или технологические элементы могут быть снабжены элементами виброизоляции, например резиновыми втулками.

По крайней мере часть внешней поверхности звукопоглощающей панели может быть облицована защитной тонкой звукопрозрачной пленкой, например уретановой, полихлорвиниловой, алюминизированной полиэстеровой или тонкой термостойкой алюминиевой фольгой. В частности этот прием может быть осуществлен как со стороны корпуса двигателя, так и со стороны капота автомобиля. На внешней поверхности кожуха может быть нанесена символика предприятия изготовителя, краткие сведения о конструкции ДВС (число цилиндров, рабочий объем и др.), номер патента на изобретение и пр.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

на фиг.1 показан установленный в моторном отсеке кузова автомобиля ДВС, верхняя часть которого охвачена шумоизолирующим кожухом;

на фиг.2 показан вариант конструктивного исполнения кожуха, структура звукопоглощающих панелей которого, смонтированных над и под несущим каркасом, имеет различные механо-акустические характеристики;

на фиг.3 показан вариант конструктивного исполнения кожуха, имеющего однородную структуру звукопоглощающей панели, внутри которой интегрирован несущий каркас. В представленном варианте кожух представляет собой единую цельноформованную деталь;

на фиг.4 представлен вариант цельноформованного кожуха, несущий каркас которого представляет собой перфорированную пластину, отверстия в которой выполнены в виде просечек с отгибами.

Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке ДВС 1, верхняя часть которого охвачена шумоизолирующим кожухом 2, закрепленным посредством крепежных элементов (не показаны) на несущих элементах корпуса ДВС 1 и размещенным с зазором 3 (Δ) по отношению к капоту 4 кузова, причем структура кожуха включает несущий каркас 5 и звукопоглощающие панели 6 и 7 из пористого звукопоглощающего материала. Несущий каркас 5 выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, интегрированной внутрь тела пористой звукопоглощающей структуры панелей 6 и 7. Структура звукопоглощающих панелей 6 и 7 из пористого звукопоглощающего материала, расположенного по обе стороны несущего каркаса 5, в виде двухстороннего поглотителя звука может быть и однородной (см. фиг.3), или иметь различные механо-акустические характеристики (см. фиг.2). Часть звукопоглощающей панели 7, расположенная над несущим каркасом 5, может быть выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала, а часть звукопоглощающей панели 6, расположенная под несущим каркасом 5, может быть выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана. В ином конструктивном исполнении часть звукопоглощающей панели 7, расположенная над несущим каркасом 5, может быть выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана, а часть звукопоглощающей панели 6, расположенная под несущим каркасом 5, может быть выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала. Отверстия перфорации 8 несущего каркаса 5, который может представлять собой перфорированную пластину, могут быть выполнены круглыми (фиг.1-3), либо могут быть выполнены в виде сквозных просечек с отгибами (фиг.4), либо иметь иную геометрическую форму. В возможном варианте конструктивного исполнения несущий каркас 5 может быть выполнен в виде однослойной или многослойной проволочной сетки, смонтированной на несущих стержневых элементах (графически это не показано). Смонтированные на несущем каркасе 5 кожуха крепежные или технологические элементы могут быть снабжены элементами виброизоляции (не показаны), например резиновыми втулками.

По крайней мере часть поверхности звукопоглощающей панели может быть облицована защитной тонкой звукопрозрачной пленкой 9, например уретановой, полихлорвиниловой, алюминизированной полиэстеровой или тонкой термостойкой алюминиевой фольгой. В частности этот прием может быть осуществлен как со стороны корпуса ДВС (фиг.2), так и со стороны капота автомобиля. На внешней поверхности кожуха 2 может быть нанесена символика предприятия изготовителя, краткие сведения о конструкции ДВС 1 (число цилиндров, рабочий объем и др.), номер патента на изобретение и пр.

Рабочий процесс в ДВС 1 и рабочие процессы в отдельных агрегатах ДВС возбуждают структурные вибрации поверхностей корпусных деталей, что приводит к генерированию ими воздушного шума. В свою очередь, передача жестким путем через опорные связи вибрационной энергии от вибрирующих корпусных деталей ДВС на несущую деталь кожуха 2 приводит к ее соответствующим колебаниям и излучению шума.

Крепление шумопонижающего кожуха 2 осуществляется к соответствующим деталям корпуса ДВС 1 и навесных вспомогательных агрегатов и систем ДВС, которые, как было отмечено, подвержены интенсивным вибрациям в процессе осуществления рабочих процессов, протекающих непосредственно в ДВС 1.

Из приведенного выше анализа уровня техники следует, что декоративные оболочки кожухов изготавливаются из плотных (жестких) материалов. Как правило, это пластиковые детали из жесткого плотного полимерного материала, легко виброзвуковозбудимые и непосредственно не обладающие звукопоглощающими свойствами. Соответственно будучи закрепленным к различным зонам корпуса ДВС и/или различным агрегатам ДВС (например, к клапанной крышке, ресиверу системы впуска, головке цилиндров и пр.), совершающим интенсивные колебательные движения относительно друг друга, отличные по спектральному составу, амплитудному и фазовому соотношению, кожух (несущая оболочка) нагружается соответствующим силовым вибрационным возбуждением. В результате этого его стенки совершают интенсивные свободные и вынужденные колебания, изгибные динамические деформации, превращая его (кожух) в колеблющуюся звукоизлучающую диафрагму (оболочку). Особенно опасными являются вибрации несущей оболочки кожуха на резонансных частотах изгибных колебаний, когда частоты динамических возбуждений, подводимых к оболочке, совпадают с одной из частот (или кратны одной или нескольким частотам) собственных изгибных колебаний панели кожуха, т.к. это ведет к усиленному резонансному процессу излучения звука в окружающую среду, а в отдельных случаях - и к динамическому разрушению конструкции кожуха.

Шумопонижающая эффективность кожуха 2 ДВС 1 в предлагаемом транспортном средстве достигается за счет создания многослойной звукопоглощающей структуры 7, 5, 6 (пористый слой - перфорированный несущий каркас - пористый слой), образующей в итоге условно четырехслойную звукопоглощающую структуру, включая и воздушный зазор 3, образующий звукопоглощающую структуру в виде резонатора Гельмгольца, составленного перфорированным несущим каркасом 5, расположенным с определенным зазором 3 относительно противолежащего участка панели капота 4 кузова. При этом достигается слабое излучение звука непосредственно перфорированным несущим каркасом 5 вследствие короткого акустического замыкания между его тыльной и лицевой сторонами через отверстия перфорации, а так же вследствие его частичного вибрационного демпфирования плотно прилегающими пористыми слоями 6 и 7 и поглощения звука этими слоями (несущий каркас интегрирован внутрь пористой звукопоглощающей структуры и находится, по сути, внутри замкнутой акустической капсулы, эффективно поглощающей звуковые волны). Кроме того, обеспечивается объемное поглощение диффузного звука в пространстве моторного отсека кожухом 2 как двухсторонним звукопоглотителем - внешним и внутренним пористыми слоями звукопоглощающих панелей 6 и 7, расположенных над и под несущим перфорированным каркасом, "сшитых" между собой звукопрозрачным перфорированным несущим каркасом 5. Одновременно с этим обеспечивается более высокое звукопоглощение от верхней части ДВС 1 за счет подключения к механизму звукопоглощения внешнего пористого слоя панели 7. Т.е. в итоге используется более толстый и соответственно более эффективный (при прочих равных условиях) звукопоглотитель. Обеспечивается дополнительное снижение шума за счет реализации механизма звукопоглощения типа резонатора Гельмгольца, представленного в виде перфорированного каркаса 5, расположенного с соответствующим зазором от звукоотражающей стенки - панели капота 4. Реализуется так же эффект увеличения звукопоглощения пористым звукопоглощающим материалом кожуха 2 за счет создания зазора между его пористыми слоями панели панелей 6 и 7 и жесткой звукоотражающей панелью капота 4. За счет этого, при необходимости, возможно полное или частичное исключение звукопоглощающей обивки капота 4 над кожухом 2 из соображения экономии затрат (как это показано на фиг.1).

Крепление кожуха 2 на элементах ДВС 1 осуществляется посредством известных или оригинальных крепежных элементов с возможным применением известных средств виброизоляции (резиновых втулок и пр.).

Практически звукопоглощающий кожух 2 может быть изготовлен различными способами, например путем заливки в форму пенистого материала, в полости которой размещается закладной элемент в виде перфорированного каркаса 5. Либо он может быть изготовлен путем термопластичного формования волокнистого материала, например волокнистого хлопкового нетканого волокна типа "порозо" со связующим типа фенольной смолы с интегрированным внутри волокнистого слоя перфорированным каркасом 5. Возможным является и механическое закрепление верхнего 7 и нижнего 6 пористых слоев звукопоглощающей панели с перфорированным каркасом 5 с помощью специальных держателей, зацепов, упругих пистонов и пр., введенных в отдельные штатные отверстия 8 перфорации каркаса 5 или специальные для этой цели выполненные в каркасе 5 отверстия. Возможно клеевое соединение сопрягаемых поверхностей пористых слоев панели 6 и 7 с перфорированным каркасом 5. Возможно и комбинированное соединение элементов 5, 6, 7 кожуха 2 двумя или более перечисленными выше технологическими приемами.

Наружная поверхность пористой панели, например, 6 (со стороны ДВС 1 или со стороны капота 4) может быть облицована тонкой защитной звукопрозрачной тканью или пленкой 9, например "малифлиз", с использованием специального термоадгезива; алюминизированной полиэстеровой пленкой с использованием термоадгезива или огневым способом (термоплавлением пленки к открытоячеистому пенополиуретану специальной горелкой); уретановой пленкой с образованием в процессе заливки ее в форму пенистого полимера и др.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию транспортного средства, в частности легкового автомобиля, снабженного шумовибродемпфирующим декоративным кожухом верхней части двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке ДВС 1, верхняя часть которого охвачена шумоизолирующим кожухом 2, закрепленным посредством крепежных элементов на несущих элементах корпуса ДВС 1 и размещенным с зазором 3 по отношению к капоту 4 кузова, причем структура кожуха включает несущий каркас 5 и звукопоглощающую панель 6 из пористого звукопоглощающего материала. Новым является то, что несущий каркас 5 выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, интегрированной внутрь тела пористой звукопоглощающей структуры панели, с образованием соответствующих частей 6 и 7, расположенных над и под несущим каркасом 5. Структура звукопоглощающих панелей 6 и 7 из пористого звукопоглощающего материала, расположенная по обе стороны несущего каркаса 5, в виде двухстороннего поглотителя звука может быть однородной или иметь различные механо-акустические характеристики. Технический результат заключается в создании многослойной шумопоглащающей структуры кожуха. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Транспортное средство, преимущественно наземное колесное, например легковой автомобиль, содержащее, в частности, установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания (ДВС), верхняя часть которого охвачена шумоизолирующим кожухом, закрепленным посредством крепежных элементов на несущих элементах корпуса ДВС и размещенным с зазором по отношению к капоту кузова, причем структура кожуха включает несущий каркас и звукопоглощающую панель из пористого звукопоглощающего материала, отличающееся тем, что несущий каркас выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, интегрированной внутрь тела пористой звукопоглощающей структуры панели.2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что структура звукопоглощающей панели из пористого звукопоглощающего материала, расположенная по обе стороны несущего каркаса в виде двустороннего поглотителя звука, имеет различные механо-акустические характеристики.3. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что часть звукопоглощающей панели, расположенная над несущим каркасом, выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала, а часть звукопоглощающей панели, расположенная под несущим каркасом, выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана.4. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что часть звукопоглощающей панели, расположенная над несущим каркасом, выполнена из пористого пенистого материала, например открытоячеистого пенополиуретана, а часть звукопоглощающей панели, расположенная под несущим каркасом, выполнена в виде цельноформованной оболочки из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон, или пористого прессованного волокнистого металлического материала, например пористого сетчатого металлического материала.5. Транспортное средство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что отверстия перфорации несущего каркаса выполнены в виде сквозных просечек с отгибами.6. Транспортное средство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что несущий каркас выполнен в виде однослойной или многослойной проволочной сетки, смонтированной на несущих стержневых элементах.7. Транспортное средство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что по крайней мере часть поверхности звукопоглощающей панели облицована защитной тонкой звукопрозрачной пленкой, например уретановой, полихлорвиниловой, алюминизированной, полиэстеровой, или тонкой термостойкой алюминиевой фольгой.