Система отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля (варианты) - RU2328382C1
Код документа: RU2328382C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к системам отопления и вентиляции пассажирских салонов легковых автомобилей, снабженным устройствами для уменьшения шума, при обеспечении заданной температуры и эффективной производительности воздухообмена в пространстве пассажирского салона при более высоком акустическом комфорте (более низком уровне производимого шума).
Известно устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, описанное в патенте РФ на изобретение №2170182, МПК B60H 1/24, опубликованном 10.07.2001, содержащее корпус отопителя с двумя подводящими и одним отводящим каналами, вентилятор, заслонку управления отопителем. В нижней части корпуса отопителя расположен теплообменник, перед которым расположен подводящий канал, а за ним - канал для отвода подогретого воздуха. В средней части корпуса отопителя расположена камера смешивания, в которой сходятся подводящие каналы подогретого и холодного воздуха. В районе камеры смешивания расположена ведущая заслонка.
В патенте РФ на изобретение №2178744, МПК В60Н 1/12, опубликованном 27.01.2002, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее вентиляторную установку и корпус отопителя, в котором расположены заслонка управления отопителем, теплообменник и камера смешивания воздуха, имеющая выходы к воздуховодам.
В патенте РФ на изобретение №2228855, МПК В60Н 1/00, В60Н 1/12, опубликованном 20.05.2004, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее корпус отопителя, в котором расположены заслонка управления отопителем, заслонка обогрева салона, теплообменник и камера смешивания, имеющая выходы к воздуховодам для преднамеренной подачи воздуха в нижнюю часть пассажирского салона, на остекление и обеспечение вентиляции пространства пассажирского салона.
Подобную конструктивную концептуальную схему имеют большинство известных конструкций систем отопления и вентиляции пассажирского салона легковых автомобилей.
Общим недостатком описанных выше известных устройств систем отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля является отсутствие в них интегрированных эффективных шумопонижающих устройств, обеспечивающих приемлемый акустический комфорт в пассажирском салоне легкового автомобиля. Что в большинстве случаев приводит к беспрепятственной передаче (а зачастую - и к резонансному усилению излучения) звуковых волн в пассажирский салон легкового автомобиля, генерируемых электровентилятором, в частности его крыльчаткой на лопаточной частоте возбуждения f=nz/60, Гц (где n - обороты вала электродвигателя, мин-1, z - число лопастей крыльчатки), а также образуемых турбулизированными воздушными потоками, при обтекании различных неровностей и изгибов корпусных элементов системы, регулирующих заслонок в динамических процессах всасывания и нагнетания воздуха. Отмеченные генерируемые звуковые волны обнаруживаются водителем и пассажирами и классифицируются в виде надоедливого утомляющего шума, снижающего акустический комфорт в пассажирском салоне легкового автомобиля с неблагоприятным на них воздействием с точки зрения их самочувствия, утомления и, в конечном итоге, безопасности эксплуатации легкового автомобиля.
Известны технические решения, в которых проблема снижения шума и обеспечения улучшенного акустического комфорта в системах отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля решается применением в них различных шумопонижающих элементов. В частности, известно устройство системы отопления и вентиляции кабины колесного транспортного средства типа сельскохозяйственной машины, описанное в патенте СССР на изобретение №914329, МПК В60Н 1/24, опубликованном 1982, которое содержит воздуховод, выполненный в виде короба, образованного боковыми стенками крыши машины, верхней и нижней панелей, сообщающийся с внешней атмосферой и внутренней полостью кабины, установленный в воздуховоде корпус с размещенным в нем нагнетающем роторе. С целью снижения уровня шума, в образованном коробе, параллельно боковым стенкам крыши установлены вертикальные панели типа делителей потока, разделяющие короб на центральную и изолированные боковые полости, в центральной полости перпендикулярно потоку воздуха установлены дополнительные панели, одна из которых, расположенная со стороны корпуса, выполнена с отверстиями, а другая - в виде фильтра, причем короб сообщен с кабиной в зоне, расположенной между указанными дополнительными вертикальными панелями, а с атмосферой - за упомянутым фильтром.
В заявке ФРГ на изобретение №3826022, МПК В60Н 1/16, опубликованной 01.02.1990, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее, в частности, воздуховод, на спиралевидном входе которого размещена крыльчатка вентилятора, а его выход сообщен с объемом полости пассажирского салона, в прямолинейный участок воздуховода соосно вмонтирован камерный глушитель шума, стенки корпуса которого выполнены в виде динамически податливой, демпфирующей пульсации воздушного потока и ослабляющей передачу структурных вибраций и звука гофрированной трубы.
В патенте Японии на изобретение №63255117, МПК В60Н 1/00, опубликованном 21.10.1988, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее корпус вентилятора с отводящими каналами, электровентилятор, впускное окно и заслонку управления вентилятором. Заслонка управления вентилятором выполнена в виде несущего каркаса, имеющего сквозное отверстие и закрытую полость, образуя, таким образом, акустический резонатор Гельмгольца, обеспечивающий настроенное на узкополосное (по частоте) заглушение звуковой энергии. Кроме того, поверхность несущего элемента заслонки управления вентилятором по ограниченной (малой) площади футерована слоем звукопоглощающего материала.
В данных известных технических решениях в определенной степени решается проблема уменьшения низкочастотной пульсирующей составляющей аэродинамического шума. Однако в этом случае эффективное снижение шума обеспечивается, как правило, только в ограниченном узкополосном низкочастотном и скоростном диапазоне работы. При этом типичный спектр излучения шума систем отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля имеет широкополосный характер, перекрывающий практически весь частотный диапазон восприятия звука человеком (с характеристическим видом воспринимаемого шумового сигнала типа «белый шум»).
В патенте РФ на полезную модель №27016, МПК В60Н 1/04, G10K 11/00, опубликованном 10.01.2003, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее воздуховод, на спиралевидном входе которого размещена крыльчатка вентилятора, установленная на приводной электродвигатель, выход воздуховода сообщен с объемом пассажирского салона, интегрированное в стенке спиралевидного участка воздуховода шумопонижающее устройство, конструктивно выполненное в виде поднутрения, в котором размещена панель из пористого звукопоглощающего материала, облицованного защитной звукопрозрачной пленкой, совмещенной заподлицо со стенками спиралевидного участка воздуховода. Использование описанного шумопонижающего устройства в составе системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, несмотря на относительную простоту его реализации, не позволяет, в ряде случаев, в достаточной степени ослабить интенсивный широкополосный аэродинамический шум, возникающий при обтекании скоростных потоков воздуха различных неоднородностей в виде неровностей и изгибов, содержащихся в воздушных трактах, сообщенных с пассажирским салоном легкового автомобиля. Также при введении такого дополнительного шумопонижающего устройства увеличиваются габаритные размеры улиткообразного воздуховода, т.к. звукопоглощающий материал устанавливается в конструктивно образованное поднутрение в его стенке, что не всегда приемлемо по компоновочным возможностям в стесненном пространстве монтажа систем отопления и вентиляции, в особенности в варианте компактного модульного исполнения панели приборов (кокпита).
В патенте Франции на изобретение №2710880, МПК В60H 11/34, опубликованном 14.04.1995, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, в котором для снижения шума в качестве преднамеренно образованного делителя потока, способствующего эффекту снижения уровня шума, используется сопло. Сопло содержит расположенную в полости воздуховода внутреннюю юбку, ограничивающую центральный канал подачи воздуха, и наружную юбку, соосную с внутренней юбкой и ограничивающую кольцевой канал. Площадь проходного сечения кольцевого канала постепенно увеличивается в направлении истечения потока воздуха в кольцевом канале.
В заявке Японии на изобретение №2003-104045, МПК В60Н 1/00, 1/32, В24F 13/02, опубликованной 9.04.2003, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее отопитель (или кондиционер) и разветвленную систему воздуховодов. Воздуховоды с внутренней стороны футерованы пористым слоем звукопоглощающего материала. При этом для увеличения образованной звукопоглощающей эффективности футеровки в известном частотном диапазоне наибольшего излучения звуковой энергии пористый слой звукопоглощающего материала устанавливается с определенным воздушным зазором по отношению к звукоотражающим стенкам воздуховодов.
В патенте Германии на изобретение №19960851, МПК В60Н 1/00, опубликованном 21.06.2000, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее корпус вентилятора и электровентилятор, в конструкцию которого вводится дополнительно шумоизолирующий кожух, охватывающий шумоактивный корпус вентилятора. При этом внутренние поверхности стенок кожуха футерованы пористым слоем звукопоглощающего материала, обеспечивающего определенный шумопонижающий эффект.
Основными недостатками описанных выше известных технических решений является вынужденное усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, увеличение стоимости системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля при введении дополнительных шумопонижающих устройств, т.к. появляется необходимость организации дополнительного пространства для их размещения, а также растет их материалоемкость, при весьма ограниченном получаемом шумопонижающем эффекте.
В патенте Германии на изобретение №3338775, МПК В60R 13/08, F04D 29/66, опубликованном 15.05.1985, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее корпус и систему воздуховодов. На входном отверстии корпуса установлен пористый слой звукопоглощающего материала с заданными жесткостными характеристиками (в частности - повышенной жесткостью пористого скелета), выполняющий одновременно функцию несущей стенки в том месте, где он устанавливается. Недостатком данного технического решения является недостаточная звукопоглощающая эффективность пористого слоя звукопоглощающего материала ввиду придания его пористому скелету повышенных жесткостных свойств, что, как известно, приводит к ухудшению звукопоглощающей эффективности, в результате, низкой динамической податливости, малой работе, динамических деформаций пористого скелета под воздействием падающих звуковых волн, а следовательно, и меньшему эффекту преобразования механической работы в теплоту (необратимо рассеиваемой в структуре пористого слоя). Расположение пористого слоя звукопоглощающего материала на входном отверстии корпуса может являться также причиной образования дополнительных турбулизированных шумообразующих потоков воздуха на кромках открытых срезов ячеек, а следовательно, дополнительным источником генерируемого турбулентного шума при всасывании воздуха (с образованием шума типа высокочастотного свиста). Пористая структура слоя звукопоглощающего материала при всасывании воздуха создает также неизбежное дополнительное гидравлическое сопротивление всасываемому воздуху, что снижает производительность устройства (уменьшает нагнетаемый в полость пассажирского салона массовый расход воздуха), а следовательно, ухудшает, в определенной степени, его эксплуатационные качества, что нецелесообразно.
В заявке ФРГ на изобретение №3639138, МПК В60Н 1/00, опубликованной 19.05.1988, описано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащее корпус, имеющий пластмассовые стенки в виде опорного каркаса, футерованные слоем пенопласта (вспененного пористого закрытоячеистого полимерного материала) с целью получения заданного эффекта снижения шума. Недостатком данного технического решения, в первую очередь, является низкая звукопоглощающая способность материала, футерующего стенки корпуса, т.к. жесткие вспененные пористые закрытоячеистые структуры материалов типа пенопласт, как известно, не являются достаточно эффективными звукопоглощающими материалами. Это, в конечном итоге, не позволяет в достаточной степени снижать шум системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля (используя при этом, что принципиально важно, малогабаритные шумопонижающие элементы из этого материала), несмотря на невысокие стоимостные и приемлемые эксплуатационные характеристики, обусловленные его закрытоячеистой структурой.
В качестве прототипа выбрано устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, описанное в заявке Японии на изобретение №61-220911, МПК В60H 11/00, опубликованной 01.10.1986, содержащее корпус вентилятора, на входе которого размещена крыльчатка, приводимая во вращение электродвигателем, и регулирующая заслонка, при этом выходное окно корпуса вентилятора сообщено с полостью корпуса отопителя. Регулирующая заслонка содержит ось вращения, несущий монолитный каркас, на котором смонтирована плосколистовая звукопоглощающая футеровка. Представленное в качестве прототипа устройство системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, включающее в своем составе регулирующую заслонку, плосколистовую звукопоглощающую футеровку из пористого материала типа «мягкого» открытоячеистого пенополиуретана (ППУ), не позволяет в достаточной степени эффективно снижать шум системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля из-за вынужденного использования регулирующей заслонки малой площади поверхности, а следовательно, возможности использования только малогабаритной звукопоглощающей футеровки, т.е. малой площади звукопоглощения с малым шумопонижающим эффектом. Одновременно при работе системы отопления и вентиляции и происходящих в ней динамических процессах происходит неизбежное паразитное резонансное излучение структурного шума, вызванное вибрационным возбуждением жесткой монолитной пластинчатой структуры регулирующей заслонки. Следовательно, использование такой конструкции системы отопления и вентиляции не позволяет в должной степени улучшать акустический комфорт в пассажирском салоне легкового автомобиля, что, в конечном итоге, ухудшает его потребительские и эксплуатационные свойства.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в улучшении потребительских и эксплуатационных свойств системы отопления и вентиляции в части улучшения акустического комфорта в пассажирском салоне легкового автомобиля, путем создания условий, обеспечивающих повышенное звукопоглощение генерируемых звуковых волн элементами системы, а также исключение паразитного резонансного излучения структурного шума жесткой монолитной пластинчатой структурой несущего каркаса регулирующих заслонок.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в заявляемой конструкции системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащей, в частности, корпус вентилятора, на входе которого размещена крыльчатка, приводимая во вращение электродвигателем, выходное окно корпуса вентилятора, сообщенное посредством воздуховода с корпусом отопителя, подводящий и отводящие каналы, теплообменник, регулирующие заслонки, содержащие ось вращения и несущий каркас с закрепленной на нем плосколистовой звукопоглощающей футеровкой, несущий каркас, по крайней мере, одной регулирующей заслонки выполнен в виде перфорированной или сетчатой детали, при этом, по крайней мере, лицевая поверхность плосколистовой звукопоглощающей футеровки, по крайней мере, одной из регулирующих заслонок облицована звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью, содержащей монтажный клеевой или термоадгезивный слой.
Дополнительно, торцевые поверхности одно- или двухсторонних плосколистовых звукопоглощающих футеровок регулирующих заслонок могут быть облицованы защитной звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью либо выполнены газовлагонепроницаемыми: с использованием герметизированного слоя полимерного покрытия, нанесенного методом напыления, или оплавлены посредством технологической операции термического воздействия на пористую структуру звукопоглощающих футеровок с образованием сплошного защитного газовлагонепроницаемого слоя.
Для исключения отслаивания в процессе эксплуатации сопрягаемых пористых слоев двухсторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки от поверхности несущего каркаса регулирующих заслонок, выполненного в виде перфорированной или сетчатой детали, пористые слои двухсторонней звукопоглощающей футеровки могут взаимно скрепляться сопрягаемыми поверхностями в соприкасающихся промежутках отверстий перфорации или ячеек структуры несущего каркаса посредством монтажных адгезионных слоев.
Пористые структуры звукопоглощающей футеровки, расположенные по обе стороны несущего каркаса, могут быть как однородными, так и иметь различные структуры (волокнистую, вспененную), и отличающиеся механоакустические характеристики, вследствие различной толщины слоев однородной по составу звукопоглощающей футеровки, различной пористости, различной динамической жесткости, различных видов используемых защитных звукопрозрачных газовлагонепроницаемых пленок или тканей, различных видов газовлагонепроницаемых полимерных покрытий, наносимых на торцевые поверхности плосколистовых звукопоглощающих футеровок регулирующих заслонок, различных способов технологического исполнения адгезионного закрепления пленок или тканей на лицевых поверхностях звукопоглощающих футеровок регулирующих заслонок, различных способов технологического исполнения адгезионного или механического закрепления плосколистовых звукопоглощающих футеровок на монтажных поверхностях несущих каркасов регулирующих заслонок.
По крайней мере, одна регулирующая заслонка системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля может представлять собой единую цельноформованную деталь, выполненную в виде монолитной пористой волокнистой или вспененной звукопоглощающей структуры, внутри которой интегрированы ось вращения и несущий каркас в виде перфорированной или сетчатой детали, при этом поверхность регулирующей заслонки облицована звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью. При этом в отличие от вариантов использования плосколистовой звукопоглощающей футеровки в монолитной звукопоглощающей структуре отверстия перфорации или ячейки несущего каркаса регулирующих заслонок заполняются пористой волокнистой или вспененной звукопоглощающей структурой.
Отверстия перфорации в несущем каркасе, выполненном в виде перфорированной детали, могут быть сквозными круглыми либо могут быть выполнены в виде сквозных открытых просечек с отгибами, либо иметь иную геометрическую форму.
Несущий каркас в виде сетчатой детали может быть выполнен из проволочной сетки, изготовленной из металлической проволоки с заданным размером ячеек, или может быть скомпонован («связан») из проволочных элементов, например прямоугольного, круглого либо любой другой геометрической формы поперечного сечения.
Для сравнения образуемого шумопонижающего эффекта ΔL (ΔL=L2-L1, дБ, где L1 - зарегистрированные уровни шумового спектра, излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, выполненной в соответствии с заявляемыми конструктивными исполнениями, L2 - зарегистрированные уровни шумового спектра, полученные при аналогичных условиях испытаний этой же системы, но оборудованной регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной пластинчатой детали и аналогично выполненную звукопоглощающую футеровку) при различных вариантах перфорации несущего каркаса регулирующих заслонок используется параметр «коэффициент перфорации» (kпер) - как отношение суммарной площади проекции отверстий перфорации на плоскость поверхности несущего каркаса Sпер к лицевой проекции площади поверхности несущего каркаса Sкар:
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в том, что за счет преднамеренного использования конструкции регулирующих заслонок в виде многослойных «сэндвичевых» структур, состоящих из жесткого несущего каркаса в виде перфорированной или сетчатой детали, футерованного с одной (по крайней мере) или двух сторон слоем эффективного пористого звукопоглощающего материала типа открытоячеистого ППУ, облицованного, в свою очередь, с внешней стороны защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки или ткани, а с внутренней монтажной стороны - липким клеевым монтажным слоем (либо может иметь место применение механических крепежных элементов), увеличивается эффективность поглощения звуковой энергии, генерируемой элементами системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, а также исключается паразитное резонансное излучение структурного шума, вызванное вибрационным возбуждением жестких пластинчатых структур несущих элементов регулирующих заслонок. Следовательно, в конечном итоге, улучшается акустический комфорт в пассажирском салоне легкового автомобиля, а соответственно, повышаются его потребительские и эксплуатационные свойства.
Как показали результаты экспериментов, заметные (превышающие минимально оцениваемые человеческим слухом различия в 1,0 дБА) эффекты снижения общего уровня шума, излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, выполненной в соответствии с заявленными конструктивными исполнениями, достигаются при значениях коэффициента перфорации несущего каркаса регулирующих заслонок kпер≥0,1. Использование несущего каркаса регулирующих заслонок с меньшим значением коэффициента перфорации «kпер» относительно заявляемых значений (kпер≥0,1) не позволяет в заметной (восприятием человеческого уха) степени снижать уровни шума системы ввиду недостаточной степени звукопрозрачности плотной структуры несущего каркаса, т.е. малой площади, образованной для сквозного прохождения звуковых волн через перфорированную или сетчатую структуру несущего каркаса с дальнейшим распространением их в пористый слой плосколистовой звукопоглощающей футеровки, располагаемый с тыльной стороны несущего каркаса (при использовании двухсторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки) или в смежный перекрываемый объем полости корпуса отопителя (при использовании односторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки). Данное заявляемое минимальное значения общего уровня шума, излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, принято как наименьшее эффективное, различимое человеческим ухом при субъективных сопоставительных оценках излучаемых звуков. Соответственно, использование несущего каркаса регулирующих заслонок в виде перфорированных или сетчатых деталей, имеющих коэффициент перфорации kпер≥0,1, позволяет на большую величину снижать излучаемые уровни шума и в принципе, с точки зрения акустики, - не ограничено. Однако выбор верхнего допустимого значения коэффициента перфорации «kпер» несущего каркаса ограничивается уже исключительно жесткостными и долговечностными характеристиками и условиями эксплуатации (температурным режимом, напорными характеристиками и т.д.) системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля и в существенной степени определяется выбором конкретного материала и геометрических параметров несущего каркаса.
Сравнение и анализ 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».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из чертежей, результатов испытаний и следующего детального описания заявляемого устройства, где
- на фиг.1 представлена схема низкошумной системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля;
- на фиг.2 представлена схема поперечного сечения корпуса отопителя низкошумной системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля;
- на фиг.3 представлен общий вид структуры регулирующих заслонок, включающих двухстороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку;
- на фиг.4 представлен вариант структуры несущего каркаса регулирующих заслонок, представляющего собой перфорированную деталь со сквозными круглыми отверстиями перфорации;
- на фиг.5 представлен вариант структуры несущего каркаса регулирующих заслонок, представляющего собой сетчатую деталь, состоящую из скомпонованных проволочных элементов круглого поперечного сечения;
- на фиг.6 представлен вариант исполнения структуры регулирующих заслонок, плосколистовая звукопоглощающая футеровка которых смонтирована с одной стороны несущего каркаса (односторонняя плосколистовая звукопоглощающая футеровка), выполненного в виде перфорированной детали;
- на фиг.7 представлен вариант исполнения структуры регулирующих заслонок, плосколистовая звукопоглощающая футеровка которых смонтирована с двух сторон несущего каркаса (двухсторонняя плосколистовая звукопоглощающая футеровка), выполненного в виде перфорированной детали;
- на фиг.8 представлен вариант исполнения структуры регулирующих заслонок, плосколистовая звукопоглощающая футеровка которых смонтирована с двух сторон несущего каркаса (двухсторонняя плосколистовая звукопоглощающая футеровка), выполненного в виде перфорированной детали с отверстиями перфорации в виде просечек с отгибами;
- на фиг.9 представлен вариант исполнения структуры регулирующих заслонок, представляющей собой единую цельноформованную деталь, выполненную в виде монолитной пористой или вспененной звукопоглощающей структуры, внутри которой интегрированы ось вращения и несущий каркас в виде перфорированной детали;
- на фиг.10 иллюстрируется акустическая эффективность снижения уровней звука, регистрируемого шумового спектра (образуемый шумопонижающий эффект ΔL), излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащей регулирующую заслонку, двух вариантов исполнения: имеющую несущий каркас в виде перфорированной (400 круглых отверстий диаметром 5 мм, межцентровой шаг 10 мм, коэффициент перфорации kпер=0,2) пластинчатой детали из полипропилена и несущий каркас в виде проволочной сетчатой детали, выполненной из стальной проволоки с прямоугольными ячейками (диаметр стальной проволоки 1 мм, размер прямоугольных ячеек 12×12 мм, коэффициент перфорации kпер=0,83), одностороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку (из пористого слоя эффективного звукопоглощающего материала открытоячеистого ППУ типа АА 12,5 SMT, облицованного с внешней стороны защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки, а с внутренней монтажной стороны - нанесенным монтажным липким клеевым слоем, сопряженным с поверхностью несущего каркаса), в сравнении с результатами зарегистрированного шумового спектра, полученными при испытании этой же системы при соблюдении аналогичных условий испытаний, но оборудованной регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной (неперфорированной) пластинчатой детали из полипропилена и аналогично выполненной односторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровкой из ППУ типа АА 12,5 SMT;
- на фиг.11 иллюстрируется акустическая эффективность снижения уровней звука, регистрируемого шумового спектра (образуемый шумопонижающий эффект ΔL), излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащей регулирующую заслонку, двух вариантов исполнения: имеющую несущий каркас в виде перфорированной (400 круглых отверстий диаметром 5 мм, межцентровой шаг 10 мм, коэффициент перфорации kпер=0,2) пластинчатой детали из полипропилена в виде проволочной сетчатой детали, выполненной из стальной проволоки с прямоугольными ячейками (диаметр стальной проволоки 1 мм, размер прямоугольных ячеек 12×12 мм, коэффициент перфорации kпер=0,83), двухстороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку (из двух пористых слоев эффективного звукопоглощающего материала открытоячеистого ППУ типа АА 12,5 SMT, облицованных с внешних сторон защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки, а с внутренней монтажной стороны - нанесенным монтажным липким клеевым слоем, сопряженным с поверхностью несущего каркаса), в сравнении с результатами регистрации шумового спектра, полученными при испытании этой же системы при соблюдении аналогичных условий испытаний, но оборудованной, регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной (неперфорированной) пластинчатой детали из полипропилена и аналогично выполненной двухсторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровкой из ППУ типа АА 12,5 SMT;
- на фиг.12 иллюстрируется зависимость акустической эффективности снижения уровней звука шумового спектра (образуемого шумопонижающего эффекта ΔL) от коэффициента перфорации «kпер» несущего каркаса одной регулирующей заслонки, при этом акустическая эффективность снижения уровней звука шумового спектра (образуемого шумопонижающего эффекта ΔL), излучаемого системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, содержащей регулирующую заслонку в виде перфорированной пластинчатой (сетчатой) детали из полипропилена (проволочной сетки), одно- или двухстороннюю звукопоглощающую футеровку (пористый слой эффективного звукопоглощающего материала открытоячеистого ППУ типа АА 12,5 SMT, облицованный с внешней стороны защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки, а с внутренней монтажной стороны - нанесенным монтажным липким клеевым слоем, сопряженным с встречной поверхностью несущего каркаса), определена в сравнении с результатами регистрации шумового спектра, полученными при испытании этой же системы, при соблюдении аналогичных условий испытаний, но оборудованной регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной (неперфорированной) пластинчатой детали из полипропилена и аналогично выполненную одно- или двухстороннюю звукопоглощающую футеровку.
Система отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля содержит, в частности, корпус вентилятора 1, на входе 2 которого размещена крыльчатка 3, приводимая во вращение электродвигателем 4, выходное окно корпуса вентилятора 5, сообщенное посредством воздуховода 6 с корпусом отопителя 7. Корпус отопителя 7 содержит подводящий и отводящие каналы, подающие воздушный поток на обогрев ветрового стекла 8, на обогрев и вентиляцию салона 9, 10, на обогрев ног водителя и переднего пассажира 11 и обогрев ног задних пассажиров 12. В нижней части корпуса отопителя 7 расположен теплообменник 13, перед которым расположен подводящий канал 14, а за ним отводящий канал 15 для отвода подогретого воздуха. Также в корпусе отопителя расположены камеры 16, 17, 18, в которые передается поток воздуха и в которых расположены регулирующие заслонки, к примеру, заслонка управления отопителем 19, заслонка обогрева салона 20, заслонка обогрева ветрового стекла 21. Отводящие каналы корпуса отопителя 10, 11, 12 сообщены с полостью пассажирского салона посредством воздуховодов 22 и распределяющих устройств 23, а отводящие каналы 8, 9 - только посредством распределяющих устройств (на фиг. не показаны). Регулирующие заслонки 19, 20, 21 системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля содержат ось вращения 24, несущий каркас, представляющий собой перфорированную 25 или сетчатую деталь 32, одно- (по крайней мере) или двухстороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку из пористого слоя эффективного звукопоглощающего материала 26 типа открытоячеистого ППУ, облицованного с внешней стороны защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки или ткани 27, а с внутренней монтажной стороны нанесенным монтажным адгезивным слоем 28, сопряженным с поверхностью каркаса 25 регулирующих заслонок 19, 20, 21. Торцевые поверхности 29 плосколистовой звукопоглощающей футеровки могут быть облицованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью либо выполнены газовлагонепроницаемыми с использованием герметизированного слоя полимерного покрытия, нанесенного методом напыления, или выполнены оплавленными посредством технологической операции термического воздействия на пористую структуру плосколистовой звукопоглощающей футеровки с образованием сплошного защитного газовлагонепроницаемого слоя. Регулирующие заслонки 19, 20, 21 могут представлять собой единую цельноформованную деталь, выполненную в виде монолитной пористой волокнистой или вспененной звукопоглощающей структуры 26 (на фиг.9), внутри которой интегрированы ось вращения 24 и несущий каркас в виде перфорированной 25 или сетчатой детали 32, при этом поверхность регулирующей заслонки облицована звукопрозрачным газовлагонепроницаемым слоем пленки или ткани 27.
При работе системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля на валу приводного электродвигателя вращается крыльчатка 3, содержащая лопатки (лопасти), обеспечивая всасывание воздушного потока из внешней воздушной (окружающей) среды в полость корпуса вентилятора 1 и его последующее нагнетание в полость пассажирского салона легкового автомобиля. При этом генерируются, в виде задающих, паразитные пульсации воздуха и аэродинамический шум на лопаточной частоте f=nz/60, Гц (где n - обороты вала электродвигателя, мин-1, z - число лопастей крыльчатки). Всасываемый в корпус вентилятора 1 воздушный поток нагнетается через воздуховод 6 в корпус отопителя 7. Подаваемый системой в пространство полости пассажирского салона воздушный поток, в зависимости от задаваемого положения регулирующих заслонок 19, 20, 21, для обеспечения, например, его подогрева может проходить через теплообменник 13 (проходя из объема 14 в объем 15) и далее передаваться в один или сразу несколько из объемов 16, 17, 18. Далее, воздушный поток передается через соответствующие отводящие каналы 8, 9, 10, 11, 12, посредством сообщенных воздуховодов 22 и распределяющих устройств 23, непосредственно в полость пассажирского салона легкового автомобиля. Всасываемый и нагнетаемый воздушный поток заданной производительности (расхода), определяемый задаваемым скоростным режимом работы электровентилятора 4, при обтекании твердых неоднородностей элементов системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, изгибов (поворотов), имеющихся острых кромок отдельных элементов системы и т.п., генерирует соответствующие паразитные вихри и высокочастотный вихревой шум, транспортируемый по воздуховодам 22 и распространяемый в пространстве пассажирского салона в виде широкополосного надоедливого утомляющего шума, вызывающего дискомфорт и чувство усталости водителя и пассажиров. Одновременно происходит динамическое возбуждение структурных вибраций и резонансное излучение паразитного структурного шума твердыми структурными элементами системы, в том числе и динамически возбуждаемой структурой несущего каркаса регулирующих заслонок. При прохождении воздушного потока по образованным воздуховодным трактам звуковые волны (низкочастотное излучение от пульсаций на лопаточной частоте, широкополосный вихревой шум, низкочастотное резонансное излучение паразитного структурного шума), падающие на поверхности регулирующих заслонок 19, 20, 21, проходят через тонкий защитный, динамически податливый звукопрозрачный слой 27, проникая в структуру пористого слоя плосколистовой звукопоглощающей футеровки 26 (в монолитную пористую структуру 26 регулирующих заслонок выполненных в виде цельноформованной детали), и поглощаются в этом слое в результате демпфирования пульсаций нагнетаемого воздуха и звуковых волн за счет преобразования их в работу динамических деформаций пористого скелета и процесса трения распространяемых звуковых волн в сообщающихся каналах пористой структуры с необратимым преобразованием (рассеиванием) в тепловую энергию. Непоглощенные звуковые волны частично проходят через сквозные отверстия перфорации 30 (через промежутки, ограниченные семейством ячеек 31 - при использовании несущего каркаса в виде сетчатой детали 32) в регулирующих заслонках 19, 20, 21, дополнительно теряют звуковую энергию при таком прохождении. При использовании двухсторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки несущего каркаса регулирующих заслонок и монолитной пористой структуры регулирующих заслонок, выполненных в виде цельноформованной детали, звуковые волны вынужденно дополнительно поглощаются в пористой структуре, расположенной на обратной (тыльной) стороне регулирующих заслонок. Одновременно использование перфорированной структуры несущего каркаса регулирующих заслонок позволяет также дополнительно увеличить степень звукопоглощения за счет реализации эффекта «короткого акустического замыкания», возникающего между лицевой и тыльной стороной колеблющихся регулирующих заслонок и излучающих звук как пластинчатые «поршневые» излучатели звука. Звуковые волны, прошедшие через многослойную структуру регулирующих заслонок 19, 20, 21, многократно отражаются от жестких стенок корпуса отопителя 7 или от выходных отверстий 8, 9, 10, 11, 12 (зависит от конкретного положения регулирующих заслонок), теряя при этом часть звуковой энергии, вследствие поглощения в пористом слое плосколистовой звукопоглощающей футеровки регулирующих заслонок (в монолитной пористой структуре регулирующих заслонок выполненных в виде цельноформованной детали) 19, 20, 21. Передаваемое вибрационное возбуждение, которому подвергается несущий каркас регулирующих заслонок, вызывает соответствующие упругие деформации изгиба структур несущих каркасов регулирующих заслонок 19, 20, 21, сопровождаемые излучением соответствующего паразитного структурного шума. При формировании деформаций изгиба несущего каркаса регулирующих заслонок 19, 20, 21 между противолежащими зонами лицевой и тыльной сторонами несущих каркасов регулирующих заслонок 19, 20, 21 формируются соответствующие поля динамических давлений (повышенных и пониженных знакопеременных давлений) и благодаря наличию в структуре несущего каркаса перфорированных отверстий или ячеек сетки - происходит их быстрое компенсационное выравнивание (быстрое «перетекание» воздушной среды через образованные сквозные отверстия из зон повышенного давления в зоны пониженного давления). Именно этим обусловлен шумопонижающий эффект по ослаблению паразитного структурного шума, излучаемого непосредственно вибрирующими регулирующими заслонками. Использование в структуре регулирующих заслонок 19, 20, 21 звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или аналогичной газовлагонепроницаемой ткани позволяет также исключить попадание и накапливание в пористой открытоячеистой структуре звукопоглощающего материала футеровки мелких частиц, жидкостей, насекомых, исключить разрушение пористой структуры звукопоглощающего материала футеровки вследствие возможного замерзания попавшей в поры влаги при низких (знакопеременных) температурах эксплуатации. Также позволяет снизить аэродинамическое сопротивление воздушного потока в трактах всасывания (нагнетания) в процессе обтекания гладкой, а не «шершавой» пористой поверхности плосколистовой звукопоглощающей футеровки (как это имеет место в прототипе) или монолитной пористой структуры, при полном сохранении выполнения непосредственных разделяющих (регулирующих поток) функций регулирующих заслонок 19, 20, 21, вследствие использования газовлагонепроницаемой структуры внешнего защитного слоя (пленки, ткани) футеровки или монолитной пористой структуры. Этому же способствует дополнительная (в случае необходимости) герметизация пористой структуры торцев 29 плосколистовой звукопоглощающей футеровки, звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или газовлагонепроницаемой тканью либо слоем образованного дополнительного газовлагонепроницаемого полимерного покрытия, либо их преднамеренное оплавление посредством термического воздействия.
Автономные стендовые испытания системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, проведенные в условиях свободного акустического поля, показали, что ее выполнение в соответствии с заявляемыми конструктивными исполнениями позволяет значительно снизить уровни шума, излучаемые системой, в широком частотном диапазоне, регистрируемом как аппаратными средствами измерений, так и субъективным восприятием экспертов. В частности, как следует из результатов испытаний, представленных на фиг.9, использование конструкции системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля класса В, содержащей регулирующую заслонку двух вариантов исполнения: имеющую несущий каркас в виде перфорированной (400 круглых отверстий диаметром 5 мм, межцентровой шаг 10 мм, коэффициент перфорации kпер=0,2) пластинчатой детали из полипропилена и в виде проволочной сетчатой детали, выполненной из стальной проволоки с прямоугольными ячейками (диаметр стальной проволоки 1 мм, размер прямоугольных ячеек 12×12 мм, коэффициент перфорации kпер=0,83), одностороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку (из пористого слоя эффективного звукопоглощающего материала открытоячеистого ППУ типа АА 12,5 SMT, внешние поверхности которого облицованы защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки, а с внутренней монтажной стороны - нанесен монтажный липкий клеевой слой, сопряженный с поверхностью несущего каркаса), в сравнении с результатами зарегистрированного шумового спектра этой же системы при соблюдении аналогичных условий испытаний, но оборудованной регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной (неперфорированной) пластинчатой детали из полипропилена и аналогично выполненной односторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки, - позволяет снизить уровни шума, излучаемые системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля на величину до 4,6 дБ, а применение каркаса в виде проволочной сетчатой детали и аналогичной односторонней звукопоглощающей футеровки - на величину до 6,6 дБ. В тоже время, как следует из результатов испытаний, представленных фиг.10, использование конструкции системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля класса В, содержащей регулирующую заслонку двух вариантов исполнения: имеющую несущий каркас в виде перфорированной (400 круглых отверстий диаметром 5 мм, межцентровой шаг 10 мм, коэффициент перфорации kпер=0, 2) пластинчатой детали из полипропилена и в виде проволочной сетчатой детали, выполненной из стальной проволоки с прямоугольными ячейками (диаметр стальной проволоки 1 мм, размер прямоугольных ячеек 12×12 мм, коэффициент перфорации kпер=0,83), двухстороннюю плосколистовую звукопоглощающую футеровку (из двух пористых слоев эффективного звукопоглощающего материала открытоячеистого ППУ типа АА 12,5 SMT, внешние поверхности которого облицованы защитным, гладким, звукопрозрачным, динамически податливым газовлагонепроницаемым слоем пленки, а с внутренней монтажной стороны - нанесен монтажный липкий клеевой слой, сопряженный с поверхностью несущего каркаса), в сравнении с результатами зарегистрированного шумового спектра этой же системы при соблюдении аналогичных условий испытаний, но оборудованной регулирующей заслонкой, имеющей несущий каркас в виде монолитной (неперфорированной) пластинчатой детали из полипропилена и аналогично выполненной двухсторонней плосколистовой звукопоглощающей футеровки, - позволяет снизить уровни шума, излучаемые системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля на величину до 9,0 дБ, а каркаса в виде проволочной сетчатой детали и аналогичной двухсторонней звукопоглощающей футеровки - на величину до 11,0 дБ. Соответственно, использование большего количества регулирующих заслонок шумопоглощающей конструкции позволяет еще в большей степени снижать уровни шума, генерируемые системой отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, вследствие соответственного роста площадей поверхности звукопоглощения. Выбор количества заслонок данной конструкции, подвергающихся соответствующей акустической обработке, выбор варианта одно- или двухсторонней футеровки несущего каркаса, толщины и пористости звукопоглощающего слоя футеровки, использование заданного типа и конкретного коэффициента перфорации «kпер» несущего каркаса зависит от величины необходимого (задаваемого конкретным техническим заданием на разработку) снижения уровней шума и других технических требований, предъявляемых к элементам конструкции системы отопления и вентиляции пассажирского салона легкового автомобиля, а также конструктивными, технологическими и стоимостными соображениями (возможностями).
Разумеется, заявляемое изобретение не ограничивается конкретными конструктивными примерами его осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых фигурах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.
Реферат
Изобретение относится к системам отопления и вентиляции пассажирских салонов легковых автомобилей, снабженным средствами для уменьшения внутреннего шума. Система содержит корпус вентилятора, на входе которого размещена крыльчатка, приводимая во вращение электродвигателем, выходное окно корпуса вентилятора, сообщенное посредством воздуховода с корпусом отопителя, подводящий и отводящие каналы, теплообменник, регулирующие заслонки. Регулирующие заслонки содержат ось вращения и несущий каркас с закрепленной на нем плосколистовой звукопоглощающей футеровкой. Несущий каркас регулирующей заслонки выполнен в виде перфорированной или сетчатой детали с коэффициентом перфорации
Формула
