Кожух двигателя внутреннего сгорания транспортного средства
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения и. представляет собой конструкцию верхнего декоративного шумоизолирующего кожуха (далее - кожуха) двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Кожух содержит несущую декоративную оболочку из плотного полимерного материала на внутренней поверхности которой приклеена звукопоглощающая футеровка, включающая, по крайней мере одну панель из плосколистового пористого материала, облицованного снаружи тонкой звукопрозрачной защитной пленкой. Отличительной особенностью является то, что периметр внешнего контура панели, или суммарный периметр внешнего контура всего комплекта панелей, из которых составлена звукопоглощающая футеровка, превышает периметр условного квадрата (принятого за базу сравнения) той же лицевой площади поверхности панели (панелей) не менее чем в 1,25 раза. Полезная модель позволяет существенно увеличить эффекта звукопоглощения футерующим пористым звукопоглощающим слоем кожуха, при одновременном уменьшении фронтальной площади поверхности и веса звукопоглощающей футеровки, и как следствие - удешевить конструкцию кожуха, за счет придания звукопоглощающей футеровке определенной геометрической формы.
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения и представляет собой конструкцию верхнего декоративного шумоизолирующего 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 футеровку несущей оболочки), выполняющую непосредственную функцию элемента шумоглушения ДВС.
Известны технические решения по патентам РФ №2172853 (кл. F 02 В 77/13, F 02 F 7/00) и №2209326 (кл. F 02 В 77/13, F 02 F 7/00) «Кожух ДВС транспортного средства», представляющие собой верхние шумопонижающие 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 пористого слоя футеровки (или комбинацией указанных выше сопряжений).
Недостатком известных технических решений, например, технического решения защищенного патентом на изобретение России №2209326, МПК7 F 02 B 77/13, выбранного в качестве прототипа, является недостаточно высокая звукопоглощающая способность кожуха ДВС, ввиду весьма ограниченных площадей поверхностей поглощения звуковой энергии малогабаритной пористой футерующей звукопоглощающей панели и относительно высокой динамической жесткости пористого скелета звукопоглощающей футеровки, обусловленной ужесточающим (скрепляющим) воздействием на пористый слой внешней лицевой, обращенной к корпусу ДВС защитной декоративной звукопрозрачной облицовки пористого слоя футеровки (полиэстеровой или полиуретаной пленки, тканевого слоя типа малифлиз и т.п.).
Решение технической задачи предусматривает существенное увеличение эффекта звукопоглощения футерующим пористым звукопоглощающим слоем кожуха, при одновременном уменьшении лицевой площади поверхности и веса звукопоглощающей футеровки, и как следствие - удешевление конструкции кожуха за счет придания звукопоглощающей футеровке определенной геометрической формы.
Решение технической задачи заключается в том, что предлагается конструкция кожуха описанного выше типа, отличающаяся однако тем, что пористая звукопоглощающая футеровка выполнена в виде плосколистовой монолитной панели или комплекта расчлененных на несколько автономных плосколистовых панелей аналогичных (или близких к ним) материалов, таким образом, что их суммарный периметр (суммарная длина внешнего контура) превышает периметр условного квадрата (принятого за базу сравнения) той же по размеру площади лицевой поверхности панели (панелей) не менее чем в 1,25 раза. При этом имеется в виду, что плосколистовая панель - это панель, вырубленная (вырезанная) из плоского листа пористого звукопоглощающего материала, ширина -a- которого превышает высоту -h- (толщину) панели.
Благодаря такой конструктивной особенности кожуха, как показали экспериментальные исследования опытных образцов, достигается существенное увеличение звукопоглощающих свойств футеровки, без увеличения площади лицевой поверхности панели или же сохранение эффекта звукопоглощения, равному звукопоглощению квадратной панели большей лицевой площади поверхности при применении футерующей панели меньшей лицевой площади поверхности, но большего периметра (длины внешнего контура панели).
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 патентоспособности "промышленная применимость". При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного оборудования и современных материалов.
Другие особенности и преимущества настоящей полезной модели станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на которых:
Фиг.1 и 2 - изображают, соответственно, вид в плане (на лицевую сторону плосколистовых панелей) на кожух, на котором приклеены 3-х плосколистовых панели звукопоглощающей футеровки, и поперечное сечение кожуха. Фиг.3 - изображает схему установки звукопоглощающей футеровки кожуха в виде монолитной плосколистовой панели квадратной формы (в конкретном случае - по компоновочным условиям со скошенным углом панели на несущей оболочке кожуха). Площадь лицевой поверхности данной плосколистовой панели условно принята равной 1. а периметр панели условно принят равным 1.
Фиг.4 - изображает схему установки звукопоглощающей футеровки кожуха в виде 2-х расчлененных автономных плосколистовых панелей прямоугольной формы с размерами сторон 0,5а×2а суммарная лицевая площадь поверхности которых
идентична площади квадратной плосколистовой панели изображенной на фиг.3. Суммарная площадь лицевой поверхности данных панелей равна 1, суммарный периметр панелей - по отношению к периметру монолитной панели фиг.3 увеличился в 1,5 раза.
Фиг.5 - изображает схему установки звукопоглощающей футеровки кожуха в виде 4-х расчлененных автономных плосколистовых панелей прямоугольной (квадратной) формы размером стороны квадратов равным 0,5а, суммарная площадь лицевой поверхности которых идентична площади квадратной плосколистовой панели, изображенной на фиг.3. Суммарная площадь лицевой поверхности панелей равна 1, суммарный периметр панелей в сравнении с вариантом монолитной панели фиг.3 увеличился в 2 раза.
Фиг.6 - изображает схему установки звукопоглощающей футеровки кожуха в виде 8 расчлененных автономных плосколистовых панелей прямоугольной (квадратной) формы размером стороны отдельных квадратов равным 0,25а, суммарная площадь лицевой поверхности которых составляет половину площади квадратной плосколистовой панели размером стороны квадрата равной «а», изображенной на фиг.3. Суммарная площадь лицевой поверхности панелей равна 0,5, суммарный периметр панелей в сравнении с периметром монолитной панели фиг.3 увеличился в 2 раза.
Фиг.7 - изображает схему установки зигзагообразных по форме плосколистовых панелей футеровки кожуха, отличающихся значительным (более 1,25 раз) увеличением суммарного периметра внешних контуров. Фиг.3 - изображает схему установки монолитной плосколистовой панели футеровки кожуха, отличающейся увеличением периметра внешнего контура за счет введения в панели внутренних (лабиринтных) вырезов.
Фиг.9 - изображает схему, объясняющую факт увеличения общей площади поверхности поглощения звука дополнительными увеличениями площади поверхности звукопоглощения вносимого пористыми звукопоглощающими торцами плосколистовых автономных панелей.
Фиг.10 - иллюстрирует эффект изменения реверберационного коэффициента звукопоглощения квадратной монолитной плосколистовой панели лицевой площадью поверхности 1 м2 (1 м×1 м) и прямоугольной плосколистовой панели той же
площади лицевой поверхности 1 м2 (2 м×0,5 м), но увеличенным периметром внешнего контура (на 25%).
Фиг.11 - изображает эффект изменения реверберационного коэффициента звукопоглощения квадратной монолитной плосколистовой панели лицевой площадью поверхности 1 м 2 (1 м×1 м) и 4-х автономных квадратных плосколистовых панелей (0,5а×0,5а) той же площади лицевой поверхности (1 м2), но увеличенным суммарным периметром внешнего контура в 2 раза. Фиг.12 - изображает эффект изменения реверберационного коэффициента звукопоглощения квадратной монолитной плосколистовой панели лицевой площадью поверхности 1 м 2 (1 м×1 м) и 16 автономных квадратных плосколистовых панелей (0,25а×0,25а) той же площади лицевой поверхности (1 м2), но увеличенным суммарным периметром внешнего контура в 8 раз.
Позициями в графической части показаны:
1 - несущая декоративная оболочка из плотного полимерного материала,
2 - плоская листовая (или плосколистовая) звукопоглощающая автономная панель,
3 - тонкая звукопрозрачная защитная пленка.
Если исходить из известного факта, что при заданной величине площади плоской фигуры минимальным периметром обладает круг, то фигура типа квадрат той же площади поверхности имеет периметр на 12,8% больше, т.е. Ркв /Ркр=1,128, где Ркв - периметр квадрата, а Ркр - периметр круга. Ввиду того, что футерующие звукопоглощающие панели, используемые в технических устройствах уменьшения шума машин и механизмов (в том числе и ДВС легковых автомобилей), как правило, имеют геометрическую форму близкую к форме прямоугольника, то с учетом того, что минимальным периметром в семействе прямоугольников занимает квадрат, примем периметр такого условного квадрата за базовый (опорный), с которым будем сопоставлять периметры прямоугольников (прямоугольных плосколистовых панелей) с различным соотношением длин смежных сторон. Так, в частности, если принять, что длина стороны квадрата равна а, то его периметр составит 4а, и периметр прямоугольника той же площади поверхности с соотношением смежных сторон 2а и 0,5а будет соотноситься к периметру квадрата как 1:1,25 (Рпр/Ркв=1,25). Соответственно, например, периметр прямоугольной плосколистовой панели с
соотношением сторон 4а и 0,25a по отношению к периметру квадрата той же лицевой площади поверхности будет соотноситься как 1:2,25 (Рпр/Ркв =2,25), а периметр прямоугольника с соотношением сторон 8а и 0,125а - как 1:4,062 (Рпр/Р кв=4,062) и т.д. Соответственно, представляет интерес сопоставление эффективностей поглощения звуковой энергии плосколистовыми панелями одной и той же лицевой площади поверхности, выполненных из аналогичных плосколистовых звукопоглощающих материалов, но имеющих отличную геометрическую форму с различной величиной периметров внешних контуров. В частности, как показали сравнительные экспериментальные оценки по определению реверберационных коэффициентов звукопоглощения плосколистовых звукопоглощающих панелей, выполненных из аналогичных плосколистовых звукопоглощающих материалов площадью 1 м 2, имеющих форму квадрата (1 м×1 м) и прямоугольника (2 м×0,5 м), применение прямоугольной плосколистовой панели (2 м×0,5 м) при той же лицевой площади поверхности как у квадратной, позволило увеличить величину реверберационного коэффициента звукопоглощения в октавных полосах частот с центрами 2000 и 4000 Гц на 10% (см. фиг.9). Величина эффекта увеличения реверберационного коэффициента равная 10%, в связи с этим, принимается как существенная, а данное соотношение периметров введено в отличительную часть формулы как существенный признак. При этом, в качестве периметра внешних контуров геометрической фигуры сопоставляемой с опорным периметром условного квадрата той же площади поверхности подразумевается как периметр монолитной плосколистовой панели (детали) любой геометрической формы, так и суммарный периметр нескольких отдельных автономных плосколистовых звукопоглощающих панелей, футерующих внутреннюю поверхность несущей оболочки экрана. Некоторые, отдельные варианты конструктивного исполнения звукопоглощающей футеровки представлены на фиг.1...8.
Исходя из площади лицевой поверхности плосколистовой панели Sn, имеющей произвольную геометрическую форму, и приведение ее к равновеликой площади условного квадрата Sк (S n=Sк), размер стороны такого квадрата «а» определиться как
а=
Тогда периметр условного квадрата Р к будет равен Рк=4
Соответственно, на базе полученных экспериментальных данных, выявивших целесообразность увеличения периметра панели на 25% для получения 10% увеличения эффекта звукопоглощения, имеем
Рпэ=1,25
где Рnэ - эффективный (для повышения на ˜ 10% звукопоглощения) периметр панели произвольной геометрической формы.
Как следует из приведенных результатов измерений на фиг.10, отмечено увеличение 10% реверберационного коэффициента звукопоглощения материала (листового открытоячеистого пенополиуретана, производства «Тэкникал Консалтинг» г.Тольятти, толщина листа 25 мм, тип материала AA25SMT) в октавных полосах частот 2000 и 4000 Гц.
Как следует также из представленных в графической части материалов заявки (фиг.1...8), предлагается конструктивное исполнение футерующей звукопоглощающей облицовки выполнением ее не только в виде монолитной плосколистовой панели квадратной или прямоугольной формы (или близкой к ней) пористой звукопоглощающей футеровки заданной толщины, но и также в виде разнесенных между собой отдельных (автономных) локальных пористых звукопоглощающих панелей, выполненных из аналогичных плосколистовых пористых звукопоглощающих структур вспененного или волокнистого материала той же (заданной) лицевой площади поверхности панели, отличающихся увеличенным суммарным периметром внешних контуров панели (не менее чем на 25%). Также не исключаются варианты применения звукопоглощающих плосколистовых панелей меньшей суммарной лицевой площади поверхности, чем заданная (базовая) площадь лицевой поверхности монолитной плосколистовой квадратной панели, однако, суммарный периметр внешних контуров которых превышает не менее чем в 1,25 раза периметр контура квадратной звукопоглощающей плосколистовой панели и, при этом, сохраняется заданный звукопоглощающий эффект, не уступающий тому, который достигается при применении монолитной квадратной плосколистовой панели большей площади лицевой поверхности. В предложенных по заявке на полезную модель конструктивных вариантах исполнения футерующих облицовок кожуха реализуется эффект повышенного звукопоглощения обусловленного процессом более эффективного дополнительного дифракционного
звукопоглощениями свободными, более податливыми на динамическое воздействие звуковых волн, краями отдельных нескольких локальных панелей футеровки имеющих больший суммарный периметр чем сопоставляемая базовая монолитная квадратная плосколистовая панель идентичной площади лицевой поверхности. Суммарный периметр лицевых поверхностей всех локальных плосколистовых панелей футеровки в этом случае в достаточной степени (по заявляемому техническому решению - не менее, чем в 1,25 раза) превосходит периметр квадратной монолитной плосколистовой панели футеровки той же лицевой площади поверхности. Также существенно, в этом случае, (не менее, чем в 1,25 раза) возрастает и общая площадь звукопоглощения указанной футеровки кожуха из-за появления дополнительной пористой поверхности звукопоглощения торцов отдельных локальных плосколистовых панелей футеровки (из-за большего - не менее, чем в 1,25 раза суммарного периметра торцов). В этом случае, звуковые волны дополнительно поглощаются значительно возросшей площадью пористой звукопоглощающей поверхности вносимой торцами монолитной панели увеличенного периметра внешнего контура или суммарной площадью торцов отдельных (многочисленных) локальных футерующих плосколистовых панелей футеровки увеличенного суммарного периметра внешних контуров. Как известно, свободные периферические зоны (свободные края внешних контуров) футерующей звукопоглощающей плосколистовой панели являются более динамически податливыми (менее динамически жесткими) в сравнении с более динамически жесткой центральной зоной плосколистовой панели, что обеспечивает, в связи с этим, указанным краевым участкам панели более высокий звукопоглощающий эффект из-за возникающих в этих зонах больших динамических деформаций скелета пористой структуры звукопоглощающий облицовки под воздействием падающих на нее звуковых волн и связанных с этим необратимых потерь на преобразование механической энергии деформаций в тепловую, что в конечном итоге и обеспечивает увеличенный звукопоглощающий эффект кожуха.
Также, как уже отмечалось выше, появление «дополнительных» свободных краев внешнего контура звукопоглощающих плосколистовых панелей кожуха при применении большего числа локальных плосколистовых панелей той же лицевой площади поверхности, что и монолитная (общий периметр нескольких мелких плосколистовых панелей превосходит периметр монолитной плосколистовой панели
той же площади поверхности) влечет дополнительное увеличение эффекта звукопоглощения вследствие процесса дифракции звука на свободных краях панелей имеющих больший периметр. Именно по этой причине, узкая полоса звукопоглощающей панели, например, площадью 1 м2 (размерами 10м×0,1м) обладает существенно большей звукопоглощающей способностью, чем квадратная панель той же площади 1 м2 (размерами 1 м×1 м).
Как следует, в частности, из результатов экспериментов, приведенных на фигурах 11 и 12, применение 4-х квадратных плосколистовых панелей суммарной площадью лицевой поверхности равной 1 м 2 в сравнении с монолитной квадратной панелью 1 м 2, выполненных из идентичных звукопоглощающих материалов, позволяет увеличить реверберационный коэффициент звукопоглощения на 20% в октавных полосах с центрами 2000 и 4000 Гц. Применение 16-ти квадратных плосколистовых панелей общей лицевой площадью 1 м2 в сравнении с квадратной монолитной плосколистовой панелью из аналогичного звукопоглощающего материала в указанных октавных полосах частот, соответственно, на 35 и 36%. Именно поэтому, для усиления процесса поглощения звуковой энергии плосколистовой пористой футеровкой кожуха ДВС, располагаемой на поверхности внутренней несущей оболочки, в отдельных случаях целесообразно звукопоглощающие плосколистовые панели выполнять в виде узких зигзагообразных плоских полос, фиг.7, что при неизменной площади лицевой поверхности панели (панелей) существенно увеличивает площадь поверхности поглощения звука за счет возрастания суммарной площади торцевых поверхностей футеровки и увеличивает динамическую податливость пористого скелета такой плосколистовй панели.
Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным устройством ее реализации, показанным исключительно на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных конструктивных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема притязаний настоящей полезной модели.
Кожух двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий несущую декоративную оболочку из плотного полимерного материала, на внутренней поверхности которой приклеена звукопоглощающая футеровка, включающая, по крайней мере одну панель из плосколистового пористого материала, облицованного снаружи тонкой звукопрозрачной защитной пленкой, отличающийся тем, что периметр внешнего контура панели, или суммарный периметр внешнего контура всего комплекта панелей, из которых составлена звукопоглощающая футеровка, превышает периметр равного по площади квадрата (принятого за базу сравнения) той же лицевой площади поверхности панели (панелей) не менее чем в 1,25 раза.
