ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2006 года по МПК F02B77/13 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию транспортного средства, в частности автомобиля, снабженного шумопонижающим кожухом, смонтированным в зоне привода газораспределительного механизма (далее - ГРМ) двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) транспортного средства.

Известные и широко используемые в практике снижения шума привода ГРМ ДВС конструктивные способы и устройства можно условно сгруппировать и разделить по следующим направлениям: звукоизоляция, виброизоляция, звукопоглощение, вибродемпфирование, подавление генерирования звука непосредственно в источнике - зонах динамического взаимодействия элементов привода. Указанные конструктивные способы и реализуемые устройства подавления шума 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, 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, Honoluin, USA, 1984, Desember3-5, 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 F 02 B 67/06, публ. 27.02.99, БИ№6;

[7] Патент Российской Федерации №2062338, МКИ F 02 B 67/06, публ. 20.06.96, БИ№17;

[8] Патент Российской Федерации №2131524, МКИ F 02 B 67/06, публ. 10.06.99, БИ№16;

[9] Патент Российской Федерации №1795199, МКИ F 16 H 7/02, публ. 15.02.93, БИ№6;

[10] Патент Российской Федерации №1346832, МКИ F 02 B 77/13, публ. 23.10.87, БИ№39;

[11] Патент Российской Федерации №1638337, МКИ F 02 B 77/13, публ. 30.03.91, БИ№12;

[12] Патент Российской Федерации №2144620, МКИ F 02 B 67/06, публ. 20.01.2000, БИ№2;

[13] Патент Российской Федерации №2126901, МКИ F 02 B 77/13, публ. 27.02.99, БИ №6 - принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения;

[14] Заявка Японии №1-247719 S1, МКИ F 02 В 77/13, публикация 10.03.1989;

[15] J SAE Rewiew, №6, november 1981, р.19...25.

[16] Патент США №4607601, МКИ F 01 L 1/02, дата начала действия патента 26 августа 1986 г.

[17] Заявка Японии №60-125710, МКИ F 01 L 1/46, публикация 05.07.85;

[18] Заявка ФРГ №3141627, МКИ F 16 F 15/02, публикация 24.06. 1982 г.

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 кожуха, перфорировании ремня привода.

В [6...9] описаны устройства подавления звукового излучения 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 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 зонах входа-выхода зубьев из зацепления в парах "зубчатое колесо-ремень", реализующих эффект компенсационного подавления излучения излучателей дипольного типа (действительного и мнимого отображения двух пар вертикальных диполей) путем их перевода в более слабый 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], 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 для уменьшения их вибровозбудимости и ослабления 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 материалов с высоким внутренним трением, установленных в отверстиях стенки кожуха.

Известны также устройства ослабления шума, производимого элементами привода ГРМ ДВС, реализующие процессы поглощения энергии звуковых волн. интегрированными в стенку кожуха пористыми звукопоглощающими панелями [13, 17, 18]. Данные устройства предусматривают применение пористых металлических прессованных сетчатых 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 дорогостоящих материалов и тонких технологий, обладают невысоким эффектом поглощения звука в узком частотном диапазоне и в связи с этим не находят практического применения в массовом производстве наземных транспортных средств типа легковых автомобилей.

Для устранения указанных недостатков известных технических средств снижения шума элементов привода ГРМ ДВС транспортного средства, а также для обеспечения эффективного дополнительного поглощения звуковой энергии в диффузном звуковом поле подкапотного пространства транспортных средств, которое формируется всеми другими (не только приводом ГРМ ДВС) источниками излучения звука, расположенными в подкапотном пространстве транспортного средства, и предназначено заявляемое устройство транспортного средства.

Техническая задача в предлагаемой конструкции транспортного средства решается путем создания многослойной шумопоглощающей структуры защитного кожуха ограждения привода ГРМ ДВС с перфорированным несущим слоем оболочки кожуха, образующего замкнутую полость, ограниченную оболочкой кожуха и торцевой зоной передка двигателя, сообщающуюся с окружающей средой (подкапотным пространством) отверстиями перфорации (горлышками), образуя, таким образом, резонатор Гельмгольца, существенно усиливающий процесс поглощения акустической энергии из пространства моторного отсека и расширяющий по частотному диапазону звукопоглощающий эффект (как со стороны непосредственно вращающихся элементов привода ГРМ, закрываемых кожухом, так и со стороны отраженных звуковых волн, например, от капота, брызговиков колес, брызговиков двигателя транспортного средства) ввиду применения в горлышках резонатора пористой структуры открытоячеистого ППУ.

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 шумоизолирующим кожухом, несущий каркас которого закреплен на корпусе ДВС, названный несущий каркас 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 с одной стороны перфорированной панели смонтирована пористая звукопоглощающая панель, при этом монтажная поверхность панели повторяет привалочную поверхность каркаса, на котором закреплена панель.

Структура звукопоглощающей панели из пористого звукопоглощающего материала, расположенная по обе стороны несущего каркаса в виде двухстороннего поглотителя звука, может быть однородной, или иметь различные механоакустические характеристики пористых структур, располагаемых изнутри и извне несущего перфорированного каркаса кожуха.

Звукопоглощающая панель может быть выполнена в виде единого элемента, охватывающего перфорированную зону несущего каркаса, или в виде локальных фрагментов, совокупно охватывающих перфорированную зону несущего каркаса.

Часть звукопоглощающей панели, расположенная на внешней стороне несущего каркаса, может быть выполнена из пористого вспененного материала, например открытоячеистого пенополиуретана, а часть звукопоглощающей панели, расположенная на внутренней стороне несущего каркаса, может быть выполнена из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон.

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.

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.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

- на фиг.1 показан установленный в моторном отсеке кузова легкового автомобиля ДВС, привод ГРМ которого охвачен 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 - панель брызговика колеса;

- 11 - панель капота кузова;

- 12 - шумоизолирующий кожух привода ГРМ.

- На фиг.2 показан вариант конструктивного исполнения кожуха, звукопоглощающая панель которого смонтирована на внешней стороне несущего перфорированного каркаса.

- На фиг.3 показан вариант конструктивного исполнения кожуха, звукопоглощающая панель которого смонтирована на внутренней стороне несущего перфорированного каркаса.

- На фиг.4 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.5 показан вариант конструктивного исполнения кожуха, структура звукопоглощающих панелей которого, смонтированных изнутри и извне несущего каркаса, имеет различные механоакустические характеристики.

- На фиг.6 показан вариант цельноформованного кожуха, несущий каркас которого представляет собой перфорированную пластину, отверстия в которой выполнены в виде просечек с отгибами.

- На фиг.7 показан вариант несущего каркаса шумоизолирующего кожуха, представляющего собой перфорированную пластину с сквозными круглыми отверстиями перфорации.

Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке ДВС 1, привод ГРМ которого охвачен шумоизолирующим кожухом 12, закрепленным посредством крепежных элементов (не показаны) на несущих элементах корпуса ДВС 1. Структура кожуха включает несущий каркас 13 и звукопоглощающие панели 14 и 15 из пористого звукопоглощающего материала. Несущий каркас 13 выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали. Отверстия перфорации 16 несущего каркаса 13, который может представлять собой перфорированную пластину, могут быть выполнены круглыми (см. фиг.7), либо могут быть выполнены в виде сквозных просечек с отгибами, фиг.6, либо иметь иную геометрическую форму.

Звукоизолирующий кожух может содержать одну звукопоглощающую панель 14, расположенную на внешней стороне несущего каркаса 13 (см. фиг.2), или звукопоглощающую панель 15, расположенную на внутренней стороне несущего каркаса 13 (см. фиг.3). В предпочтительном (более эффективном) варианте конструктивного исполнения кожуха звукопоглощающие панели 14 и 15 располагаются по обе стороны несущего каркаса 13 (см. фиг.4-6) в виде двухстороннего поглотителя звука. Структура звукопоглощающих панелей 14 и 15 из пористого звукопоглощающего материала может быть однородной, см. фиг.4, или иметь различные механоакустические характеристики, см. фиг.5. Часть звукопоглощающей панели 14, расположенная на внешней стороне несущего каркаса 13, может быть выполнена из пористого вспененного материала, например открытоячеистого пенополиуретана, а часть звукопоглощающей панели 15, расположенная на внутренней стороне несущего каркаса 13, может быть выполнена из пористого волокнистого органического или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон.

По крайней мере, часть поверхности звукопоглощающей панели может быть облицована защитной тонкой звукопрозрачной пленкой 17, например уретановой, полихлорвиниловой, алюминизированной полиэстеровой или тонкой термостойкой алюминиевой фольгой.

Шумопонижающая эффективность кожуха 12 ДВС 1 в предлагаемом транспортном средстве достигается за счет применения перфорированной структуры несущего каркаса 13, образующего замкнутую полость, ограниченную несущим каркасом 13 и торцевой зоной передка ДВС 7 и сообщающуюся с подкапотным пространством транспортного средства, формируемым панелями кузова 8, 10, 11 и брызговиком ДВС 9, отверстиями 16 (горлышками), образуя, таким образом, резонатор Гельмгольца, существенно усиливающий поглощение диффузного звука в пространстве моторного отсека. Ввиду применения в горлышках резонатора (отверстиях перфорации 16) пористой структуры, например, открытоячеистого ППУ (структуры звукопоглощающих панелей 14 и 15), звукопоглощающий эффект резонатора расширяется по частотному диапазону в область средних и высоких частот звукового спектра. При этом достигается слабое излучение звука непосредственно перфорированным несущим каркасом 13 вследствие короткого акустического замыкания между его тыльной и лицевой сторонами через отверстия перфорации 16, а также вследствие его частичного вибрационного демпфирования плотно прилегающими пористыми слоями 14 и 15 и поглощения звука этими слоями (несущий каркас интегрирован внутрь пористой звукопоглощающей структуры и находится, по сути, внутри замкнутой акустической капсулы, эффективно поглощающей звуковые волны). Внешний и внутренний пористые слои звукопоглощающих панелей 14 и 15, "сшитых" между собой звукопрозрачным перфорированным несущим каркасом 13, обеспечивают как поглощение звука, генерируемого элементами привода ГРМ (ведущий шкив 2, ведомый шкив 3, зубчатый ремень 4, натяжной ролик 6, шкив привода насоса системы охлаждения 5) и вибрирующей торцевой зоной 7 передка ДВС, так и поглощение воздушных звуковых волн в диффузном звуковом поле подкапотного пространства (моторного отсека) транспортного средства, образуемого звукоотражающими элементами панелей кузова 8, 10, 11 и брызговика ДВС 9. Таким образом, звукоизолирующий кожух 12 выполняет роль комбинированного глушителя шума, обеспечивающего звукопоглощающий эффект как от поглощения звука в пористом слое оболочки кожуха за счет преобразования звуковой энергии в тепловую, так и от поглощения звука объемным резонатором типа резонатора Гельмгольца, что в комплексе усиливает суммарный эффект звукопоглощения.

Практически звукоизолирующий кожух 12 может быть изготовлен различными способами, например путем заливки в форму пенистого материала, в полости которой размещается закладной элемент в виде перфорированного каркаса 13. Либо он может быть изготовлен путем термопластичного формования волокнистого материала, например волокнистого хлопкового нетканого волокна типа "порозо" со связующим веществом типа фенольной смолы с интегрированным внутри волокнистого слоя перфорированным каркасом 13. Возможным является и механическое закрепление внешнего 14 и внутреннего 15 пористых слоев звукопоглощающей панели с перфорированным каркасом 13 с помощью специальных держателей, зацепов, упругих пистонов и пр., введенных в отдельные штатные отверстия 16 перфорации каркаса 13, или специальные для этой цели выполненные в каркасе 13 отверстия. Возможно клеевое соединение сопрягаемых поверхностей пористых слоев панели 14 и 15 с перфорированным каркасом 13. Возможно и комбинированное соединение элементов 13, 14, 15 кожуха 12 двумя или более перечисленными выше технологическими приемами.

Наружная поверхность пористой панели 14 и/или 15 может быть облицована тонкой защитной звукопрозрачной тканью или пленкой 17, например "малифлиз", с использованием специального термоадгезива, алюминизированной полиэстеровой пленкой с использованием термоадгезива или огневым способом (термоприплавлением пленки к открытоячеистому пенополиуретану специальной горелкой); уретановой пленкой с образованием ее в процессе заливки в форму пенистого полимера и пр.

Конструкция шумоизолирующего кожуха 12 является простой в изготовлении, не дорогостоящей, обладающей малым весом и высокими эксплуатационными характеристиками (легко подвергается влажной очистке, не впитывает горючесмазочные материалы внутрь пористой структуры звукопоглощающего материала)

Изобретение может быть использовано в транспортном средстве (ТС), преимущественно автомобиле, снабженном шумопонижающим кожухом, смонтированным в зоне привода газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ТС. Транспортное средство содержит установленный в моторном отсеке ДВС, элементы привода газораспределительного механизма которого охвачены по крайней мере, одним шумоизолирующим кожухом, несущий каркас которого закреплен на корпусе ДВС. Несущий каркас выполнен в виде жесткой перфорированной металлической или полимерной детали, образующей замкнутую полость, ограниченную несущим каркасом и торцевой зоной передка ДВС, сообщающуюся с подкапотным пространством ТС отверстиями (горлышками), по крайней мере с одной стороны перфорированной панели смонтирована пористая звукопоглощающая панель, при этом монтажная поверхность панели повторяет привалочную поверхность кожуха, на которой закреплена панель. Возможны и конкретно предложены различные варианты конструктивного исполнения объекта. Изобретение позволяет повысить эффективность поглощения звуковой энергии. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Транспортное средство, преимущественно наземное колесное, например легковой автомобиль, содержащее, в частности, установленный в моторном отсеке двигатель внутреннего сгорания, элементы привода газораспределительного механизма которого охвачены, по крайней мере, одним шумоизолирующим кожухом, несущий каркас которого закреплен на корпусе ДВС, отличающееся тем, что несущий каркас 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, с одной стороны перфорированной детали смонтирована пористая звукопоглощающая панель, при этом монтажная поверхность панели повторяет привалочную поверхность кожуха, на которой закреплена панель.2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что пористые структуры панелей расположены по обе стороны несущего каркаса и имеют различные механо-акустические характеристики.3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что звукопоглощающая панель выполнена в виде единого неразборного элемента, охватывающего перфорированную зону несущего каркаса.4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что звукопоглощающая панель выполнена в виде разобщенных локальных пористых фрагментов, совокупно охватывающих перфорированную зону несущего каркаса.5. Транспортное средство по п.2, отличающееся тем, что структура панели, смонтированная на внешней стороне несущего каркаса, состоит из пористого вспененного материала, например открытоячеистого пенополиуретана.6. Транспортное средство по п.2, отличающееся тем, что структура панели, смонтированная на внутренней стороне несущего каркаса, состоит из пористого волокнистого органического происхождения или синтетического материала, например волокнистого фетра из базальтовых, стеклянных или хлопковых волокон.7. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, часть поверхности звукопоглощающей панели облицована защитной, звукопрозрачной пленкой, например уретановой, полихлорвиниловой, алюминизированной полиэстеровой тонкой алюминиевой фольгой.