Результат интеллектуальной деятельности: КОЖУХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, и представляет собой конструкцию верхнего декоративного, шумопоглощающего кожуха (далее - кожуха) двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) транспортного средства.

Для снижения шума ДВС и, в частности, корпусного шума, излучаемого верхней зоной корпуса ДВС (газораспределительным механизмом, клапанной крышкой, головкой цилиндров, впускным и выхлопным коллектором), широко применяются кожухи, содержащие внешнюю жесткую несущую оболочку из полимерного материала, выполняющую попутную функцию декоративного дизайна подкапотного пространства, закрепленную к отдельным деталям ДВС, и внутреннюю звукопоглощающую панель (внутреннюю звукопоглощающую футеровку несущей оболочки), выполняющую функцию элемента шумопоглощения.

Известны технические решения по патентам РФ №2172853 F02В 77/13, F02F 7/00, опубл. 27.08.2001 г. «Кожух ДВС транспортного средства» и №2209326 F02В 77/13, F02F 7/00 опубл. 27.07.2003 г. «Кожух ДВС транспортного средства», представляющие собой верхние кожухи ДВС в виде закрепленных к корпусным деталям ДВС жестких декоративных оболочек, выполненных из плотного полимерного материала, изнутри футерованных пористым звукопоглощающим материалом - полимерным вспененным, например, типа открытоячеистого пенополиуретана или волокнистым - типа цельноформованного порозо (волокнистого материала органического или искусственного происхождения, например, типа хлопковых или синтетических) в смеси с армирующими и термопластичными волокнами. Известные технические решения предусматривают применение монолитных звукопоглощающих футеровок в виде плоских объемных или цельноформованных, сложной пространственной геометрической формы, панелей, изнутри монтируемых к несущим жестким декоративным оболочкам кожуха механическими крепежными элементами, липким клеевым слоем и/или термоадгезивным соединением встречных сопрягаемых поверхностей жесткой оболочки кожуха и слоя звукопоглощающей футеровки (или комбинацией указанных выше сопряжений).

Недостатком представленных технических решений является невысокая звукопоглощающая способность кожуха ДВС ввиду весьма ограниченных площадей поверхностей поглощения звуковой энергии малогабаритной футеровки и относительно высокой динамической жесткости лицевой поверхности структуры звукопоглощающей футеровки, обусловленной ужесточающим (скрепляющим) воздействием на пористый звукопоглощающий слой внешним лицевым, обращенным к корпусу ДВС защитным звукопрозрачным слоем полиэстеровой или полиуретановой пленки, тканевого слоя типа малифлиз и т.п.

В качестве прототипа выбрано техническое решение, описанное в патенте РФ №25871 В60R 13/08, опубл. 27.10.2002 г. «Облицовка шумопонижающая панели транспортного средства», представляющая собой многослойную шумопонижающую облицовку, монтируемую на панель кузова транспортного средства, включающую плосколистовую панель из пористого звукопоглощающего материала, в которой выполнено множество распределенных по поверхности сквозных отверстий перфорации, при этом внешняя лицевая поверхность плосколистовой панели облицована сплошной тонкой внешней лицевой защитной пленкой. Недостатком известного технического решения, выбранного в качестве прототипа, является то, что наличие сплошной неперфорированной внешней лицевой защитной пленки в зонах выполненных отверстий перфорации в пористом звукопоглощающем слое ухудшает звукопоглощающие свойства структуры пористого звукопоглощающего слоя вследствие ужесточающего (скрепляющего) воздействия сплошной пленки на наиболее податливые, деформируемые периферические зоны отверстий перфорации, вызывая меньшие величины деформаций упругого скелета пористого слоя звукопоглощающей футеровки с соответственно менее эффективным необратимым рассеиванием энергии звуковых волн в тепловую энергию. С другой стороны, применение перфорированной звукопоглощающей футеровки в конструкции верхнего декоративного кожуха ДВС не нуждается в защите попадания в пористую структуру влаги, масла и т.п., так как кожух находится в верхней части ДВС, его внешний составной элемент в виде монолитной полимерной оболочки является сплошным (герметичным) влагомаслонепроницаемым, исключая, таким образом, попадание влаги или масла сверху в пористую структуру звукопоглощающей футеровки. Попадание и накопление влаги или масла в структуре пористой звукопоглощающей футеровки в направлении из нижней зоны моторного отсека по направлению в верхнюю защищено (экранировано) корпусными элементами ДВС. Также выполненное сквозное перфорирование структуры панели звукопоглощающей футеровки (пористого звукопоглощающего и внешнего лицевого защитного звукопрозрачного слоя) упрощает и удешевляет технологию изготовления перфорированных плосколистовых звукопоглощающих панелей, из которых производится последующая вырубка деталей заданной геометрической формы, относительно варианта предварительного перфорирования пористого звукопоглощающего слоя и последующего нанесения на его поверхность сплошной внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки. При таком заявляемом варианте исполнения плосколистовой звукопоглощающей панели исключается также попадание липкого клеевого слоя на торцевые поверхности отверстий перфорации, ухудшающего звукопоглощающие свойства панели.

Решение технической задачи предусматривает увеличение эффекта звукопоглощения футеровки кожуха при возможном одновременном уменьшении лицевой площади поверхности и веса футеровки и, как следствие - удешевление конструкции кожуха за счет определенным образом сквозного одновременного перфорирования пористого звукопоглощающего слоя и слоя внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки.

Решение технической задачи заключается в том, что в известном кожухе, содержащем несущую декоративную оболочку из плотного полимерного материала, на внутренней поверхности которой приклеена звукопоглощающая футеровка, включающая, по крайней мере, одну плосколистовую звукопоглощающую панель, состоящую из перфорированного слоя пористого звукопоглощающего материала и слоя внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки, отверстия перфорации выполнены сквозными в пористом звукопоглощающем слое и слое внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки, при этом коэффициент перфорации k=S_пер/S_пан=0,02...0,06, где S_пер - суммарная площадь отверстий перфорации, м², S_пан - площадь лицевой поверхности панели, м².

Благодаря такой конструктивной особенности кожуха, как показали экспериментальные исследования опытных образцов, достигается увеличение эффекта звукопоглощения футерующим звукопоглощающим слоем кожуха при потенциально возможном одновременном уменьшении лицевой площади поверхности и веса звукопоглощающей футеровки или же без изменения внешних габаритных размеров футеровки за счет сквозного перфорирования пористого звукопоглощающего слоя и слоя внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспосооности «промышленная применимость». При этом изобретение может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием несложного оборудования и современных материалов.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на которых:

Фиг.1 изображает вид в плане (на лицевую сторону плосколистовых панелей) на кожух, на котором смонтированы две плосколистовые панели звукопоглощающей футеровки 2 с перфорированными (сквозными отверстиями 6) пористым звукопоглощающим слоем 4 и слоем внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки 3.

Фиг.2 - изображает поперечное сечение кожуха, на котором смонтированы две плосколистовые панели звукопоглощающей футеровки 2 с перфорированными (сквозными отверстиями 6) пористым звукопоглощающим слоем 4 и слоем внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки 3.

Фиг.3 - иллюстрирует эффект изменения реверберационного коэффициента звукопоглощения квадратной монолитной плосколистовой звукопоглощающей панели лицевой площадью поверхности 1 м² (1 м×1 м) при варианте выполнения перфорации исключительно ее пористого звукопоглощающего слоя (слой внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки неперфорирован) и варианте выполнения сквозной перфорации пористого звукопоглощающего слоя и слоя внешней защитной звукопрозрачной пленки, при перфорировании по этим двум вариантам отверстия перфорации имели круглую форму диаметром d=1/4h (где h - толщина пористого слоя звукопоглощающей панели, в данном случае равная 25 мм) с межцентровым расстоянием b между отверстиями перфорации, равным толщине h (в данном случае 25 мм).

Позициями в графической части показаны:

1 - несущая декоративная оболочка из плотного полимерного материала;

2 - звукопоглощающая футеровка (две плосколистовые панели);

3 - перфорированный слой внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки;

4 - перфорированный пористый звукопоглощающий слой футеровки;

5 - липкий клеевой слой футеровки;

6 - отверстия перфорации;

7 - крепежные элементы кожуха, интегрированные с виброизоляторами.

Для сравнения различных вариантов исполнения перфорации звукопоглощающих футеровок используется параметр «коэффициент перфорации» (k) - как отношение суммарной площади проекции отверстий перфорации на лицевую поверхность плосколистовой звукопоглощающей панели к площади лицевой поверхности звукопоглощающей плосколистовой панели:

где S_пер - суммарная площадь проекции отверстий перфорации на лицевую поверхность панели, м², S_пан - площадь лицевой поверхности панели, м².

Как показали результаты экспериментов, максимальные эффекты поглощения звука, характеризуемые увеличением значений реверберационного коэффициента звукопоглощения, достигаются при значениях межцентрового расстояния отверстий b=h и диаметре отверстий перфорации d=1/4h. В этом случае оптимальное значение, с точки зрения получения максимального звукопоглощающего эффекта, коэффициента перфорации «k» составляет 0,04, а расстояние от близлежащего края отверстия перфорации до свободных краев плосколистовой панели звукопоглощающей футеровки b_кр не превышает межцентрового расстояния b между отверстиями перфорации и составляет менее половины диаметра (радиуса) отверстия, т.е. d/2<b_кр≤b. В это же время приемлемый с технической точки зрения эффект повышения реверберационного коэффициента звукопоглощения плосколистовой панели (не менее 5%) достигается при значениях коэффициента перфорации k=0,02...0,06.

При больших значениях коэффициента перфорации «k» относительно заявляемых значений эффективность поглощения звука падает ввиду существенного уменьшения объема вещества пористой структуры звукопоглощающей футеровки и, соответственно, ослабления механизма преобразования энергии звуковых волн в тепловую энергию в малом объеме пористой структуры звукопоглощающей футеровки несмотря на возможный дополнительный эффект увеличения деформационного механизма поглощения звуковой энергии менее жестким и более податливым (деформируемым в большей степени) перфорированным скелетом пористого звукопоглощающего слоя, вызываемым избыточной степенью перфорирования пористой структуры звукопоглощающей футеровки. При меньших значениях коэффициента перфорации «k» относительно заявляемых значений наблюдается обратная картина. Малая степень перфорации несмотря на сохранение значительного объема пористой структуры звукопоглощающей футеровки, обеспечивающей процесс поглощения звуковой энергии в ней, не позволяет в достаточной степени уменьшить динамическую жесткость (увеличить податливость) пористого скелета звукопоглощающей футеровки. Соответственно, не обеспечивается дополнительный эффект повышения поглощения энергии падающих звуковых волн слабоперфорированной звукопоглощающей футеровкой, связанный с недостаточным увеличением динамического деформирования перфорированного пористого скелета с сопутствующими слабыми необратимыми преобразованиями энергии этих малых динамических деформаций скелета в тепловую энергию.

Перфорированная плосколистовая панель звукопоглощающей футеровки кожуха со сквозной перфорацией пористого звукопоглощающего слоя и слоя внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки может изготавливаться путем соответствующей технологической вырубки из типичных, промышленно производимых плосколистовых панелей (например, размером листов 1000×1000 мм или 1000×2000 мм), содержащих в своем составе слой пористого звукопоглощающего материала, «сшитого» с тонкой внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленкой.

Во время работы ДВС происходит интенсивное излучение им звуковой (шумовой) энергии, формируемое динамическими процессами, протекающими в газораспределительном механизме, клапанной крышке, головке цилиндров, впускном и выхлопном коллекторах. Излучаемая звуковая энергия распространяется в подкапотном пространстве транспортного средства. При этом на пути передачи звуковой энергии, генерируемой верней зоной ДВС, в пространство моторного отсека и далее, излучаемой в окружающую среду, становится кожух ДВС в виде несущей оболочки, охватывающей верхнюю зону ДВС, футерованной изнутри пористой звукопоглощающей панелью, в которой (или в нескольких отдельных автономных панелях) выполнены сквозные отверстия перфорации как в пористом звукопоглощающем слое, так и слое внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки футеровки. Сквозное перфорирование структуры материала звукопоглощающих панелей вызывает ослабление скрепляющего воздействия внешней защитной пленки на сопрягаемую с ней сшитую поверхность пористого звукопоглощающего слоя, соответствующие локальные снижения их жесткостных характеристик в зонах, непосредственно прилегающих к периметрам выполненных отверстий перфорации, увеличивая, таким образом, податливость и динамические деформации скелета перфорированной структуры пористого звукопоглощающего материала в этих зонах и способствуя в связи с этим возрастанию эффектов поглощения энергии падающих звуковых волн на поверхность перфорированных звукопоглощающих панелей. Также в этом случае в процесс поглощения звуковой энергии дополнительно включаются открытые торцевые зоны отверстий перфорации, образованные в пористом скелете звукопоглощающей футеровки суммарной площадью поверхности отверстий, равной (S_пер=nπdh), где n - число отверстий перфорации, шт., π=3,14, h - толщина пористого слоя звукопоглощающей плосколистовой панели, м, d - диаметр отверстий перфорации, м.

Как следует из приведенных на фиг.3 результатов экспериментов, заявленное соотношение параметров соответствующим образом выполненной сквозной перфорации плосколистовой звукопоглощающей панели позволяет получить дополнительное увеличение значений реверберационного коэффициента звукопоглощения на 4...9% в сравнении с вариантом перфорирования исключительно пористого слоя при использовании сплошного неперфорированного слоя внешней лицевой защитной звукопрозрачной пленки с максимальным возрастанием эффекта поглощения звука при b=h. Таким образом, иллюстрируется эффективность заявленного технического решения, способствующего уменьшению шума, производимого колесными транспортными средствами, и обеспечению снижения акустического загрязнения окружающей среды на селитебных территориях.