KR20130110234A - 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층으로 이루어진 음향적이고 열적으로 효과적인 절연재(insulation)에 관한 것으로, 절연재는 규정된 층 구조를 가지며, 특히 자동차(motor vehicles)의 내연기관(internal combustion engines)을 위한 것이다.
Description
본 발명은 다층으로 이루어진 음향적이고 열적으로 효과적인 절연재(insulation)에 관한 것이며, 절연재는 자동차(motor vehicles)의 내연기관(internal combustion engines)을 위하여 규정된 층 구조를 가진다.
오늘날, 자동차의 엔진구역에 많은 개별적인 방음재(sound insulations)가 설치된다. 본질적으로, 흡수재(absorber)를 가진 하부차폐재(undershield), 흡수재를 가진 디자인 커버(design cover), 그리고 음향적으로 효과적인 열 차폐재(heat shields) 뿐만 아니라, 후드(hood), 대시보드(dashboard), 그리고 터널 방음재(tunnel sound insulations)를 들 수 있다. 최근, 직물로 된 휠 하우스 패널(the textile wheel house panels)도 여기에 포함된다. 재료 구조(material construction)의 측면에서, 음향 절연재들은 단순한 흡수재(absorber), 질량 흡수재 시스템(mass absorber systems), 스프링-질량 시스템(spring-mass systems), 그리고 일반적인 샌드위치 구성(sandwich components)으로 분류된다. 흡수재 재료로써, 온도-저항 커버링 플리스(temperature-resistant covering fleeces), PUR 경량/절단 폼(lightweight/cut foams), 멜라민 수지 폼(melamine resin foam), 털 합성 폼(flock composite foam), 단일-섬유 또는 혼합-섬유 플리스(single-fiber or mixed-fiber fleeces)가 조합 내에서 일부를 이룬다. 댐핑 재료로써, 고충진된 폴리우레탄 폼(highly filled PUR foams), 완전폼(integral foams), EVA/PE/PP/EPDM 중량 시트들, TPE/TPO 사출된 부분들이 적용되며, 흡수재 재료와 교대로 결합된다. 디자인 커버들은 대부분 PA 사출된 부분들이며, 음향학적으로 효과적인 열 차폐재들은 보통 알루미늄 호일(microperforated aluminum foil), 암면(rock wool), 폼(foam), 그리고 단일-섬유 또는 혼합-섬유 플리스(single-fiber or mixed-fiber fleece)를 포함하는 샌드위치 구성요소들이다.
본 발명의 목적은 특히 자동차 구조를 위하여, 가능한 경량의 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재를 제공하는 것이며, 승객부분에서 엔진 소음 및 연료 소모 및 환경 양립성에서 높은 경제적 효율을 가지는 "경유 소음"을 균형적으로 감소시킨다.
적어도 세 개의 층들(3,2,3)을 포함하고, 상기 층들은 다른 공기유동저항값을 가지며 전면적에 대하여 서로 연결되며, 자동차의 내연기관에 대한 다층을 가진 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재에 있어서,
기설정된 거리에서 엔진 블록을 향하며, 200 내지 600kNs/m⁴의 공기유동저항, 0.5 내지 8mm의 층 두께 및 0.2 내지 5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제1층(3);
상기 엔진 블록으로부터 떨어진 측면에서 상기 제1층(3)에 수반되며, 50 내지 150kNs/m⁴의 공기유동저항, 5 내지 50mm의 층 두께 및 0.04 내지 2.5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제2층(2); 및
상기 제2층(2)에 수반하고 몸체 패널(body panel)을 향하며, 200 내지 600kNs/m⁴의 공기유동저항, 0.5 내지 8mm의 층 두께 및 0.2 내지 5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제3층(3); 을 포함하며,
상기 제3층(3)의 공기유동저항값에서 상기 제2층(2)의 공기유동저항값을 뺀 차이는 적어도 50 내지 550kNs/m⁴이며, 상기 제2층(2)의 층 두께에서 상기 제3층(3)의 층 두께를 뺀 차이는 적어도 4.5 내지 49.5mm이며, 상기 제3층(3)의 기본무게에서 상기 제2층(2)의 기본 무게를 뺀 차이는 적어도 0.16 내지 4.96kg/㎡인 것을 특징으로 한다.
상기 제3층(3)의 층 두께는 1.5 내지 4.5mm이며, 상기 제2층(2)의 층 두께는 10 내지 30mm인 것을 특징으로 한다.
상기 제3층(3)의 기본 무게를 0.5 내지 3kg/㎡로 하고, 상기 제2층(2)의 기본 무게를 0.1 내지 1.5kg/㎡로 하며, 상기 제3층(3)의 기본 무게에서 상기 제2층(2)의 기본 무게를 뺀 차이는 적어도 0.4 내지 2.9kg/㎡인 것을 특징으로 한다.
상기 제3층(3)의 설치상태에서 노출된 표면의 일부 또는 전부에 알루미늄 포일 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제2층(2) 또는 제3층(3)은 자체지지형(self-supporting)인 것을 특징으로 한다.
상기 제3층(3)은 차 몸체에 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기 차량의 내연기관은 캡슐화된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 특히 자동차 구조를 위하여, 가능한 경량의 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재를 제공하는 것이며, 승객부분에서 엔진 소음 및 연료 소모 및 환경 양립성에서 높은 경제적 효율을 가지는 "경유 소음"을 균형적으로 감소시킨다.
도 1은 다른 변형 캡슐을 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 다른 형태의 변형 캡슐에 대하여 엔진캡슐의 구조를 개략적으로 나타낸다. 변형에 대한 다른 부분은 하나의 밀봉으로 결합되는 것으로 이해될 수 있다.
도 2는 엔진에 매우 가까운 밀봉을 나타내고, 도 3은 엔진으로부터 떨어진 밀봉을 나타내며, 도 4는 몸체 패널에 인접한 밀봉을 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 다른 형태의 변형 캡슐에 대하여 엔진캡슐의 구조를 개략적으로 나타낸다. 변형에 대한 다른 부분은 하나의 밀봉으로 결합되는 것으로 이해될 수 있다.
도 2는 엔진에 매우 가까운 밀봉을 나타내고, 도 3은 엔진으로부터 떨어진 밀봉을 나타내며, 도 4는 몸체 패널에 인접한 밀봉을 나타낸다.
DE 198 21 532 A는 자동차의 엔진부분을 위한, 특히 대시보드 또는 터널을 위한 열차단 방음 라이닝(heat-insulating and sound proofing lining)을 개시하며, 음향적으로 절연된 폼(acoustically insulating foam)을 가진 양측에서 커버링 플리스(covering fleeces) 또는 사이에 샌드위치된 플리스 층(fleece layers)으로 이루어진다. 층들의 결합은 접착층(adhesive layers)에 의해 이루어진다. 금속박(metal foil)은 방열(heat protection)을 위하여 엔진측에 부분적으로 또는 전체적으로 배치된다.
DE 199 59 089 A는 가스 유동(gas fluid)을 위한 대류채널(convection channel)이 층들 사이에 추가적으로 제공되며, 특히 후드 절연 또는 대시보드 라이닝을 위해 응용될 수 있다고 개시한다.
WO 98/46456 A는 공동들(cavities)이 엔진 후드 음향 절연에서 람다/4 공진기(lambda/4 resonators)로써 설계되며, 또한 차폐재를 형성하기 위해 적용된다고 개시한다.
일측이 폐쇄된 튜브의 형태로 후드 내에서 다른 공진기 응용은 DE 197 55 750 A에 개시된다. 흡수재와 함께 플라스틱 쉘(plastic shell)과 폼 커버 층들(foam cover layers) 사이에 제공된 폼 재료들(foam materials)로 이루어진 흡음 커버(sound-absorbing cover)는 DE 199 04 986 A에 개시된다. 내연기관과 같은 진동 파트들(vibrating parts) 상에서 디자인 커버들을 디커플링하기 위한 쉘 디커플러(shell decouplers)는 DE 198 24 905 A에 개시된다. WO 2004/090307은 완전히 서로 연결된 서포트 파트와 흡음재료의 성형부분으로 이루어진 자동차의 엔진부분에서 집합커버(aggregate cover)를 개시한다.
DE 197 22 037 A는 규정된 에어갭(defined air gap)이 열 차폐 플레이트(heat shielding plate)와 열 및 음향 소스(heat and sound source)와 접하는 흡음층을 포함하는 서포트 층(support layer) 사이에 제공되는 음향 절연재(sound insulation)를 가지는 열 차폐재(heat shield)를 개시한다.
DE 198 25 739 A는 음향커버(acoustic cover)가 엔진부분의 상부를 부분적으로 또는 완전하게 덮으며, 내연기관의 기능 또는 제어구성으로 통합되는 것을 개시한다.
엔진 소음을 줄이기 위해 엔진 구성 내부의 엔진 가까이에 설치되는 음향 절연판(sound insulation plate)은 DE 198 47 441 A에 개시되며, 흡음재료는 상부측 및 하부측에 제공된다.
DE 100 34 301 A는 경량 금속 폼(light metal foam)과 플라스틱 샌드위치 구조(plastic sandwich structure)로 이루어진 음향-절연 하우징을 개시한다. 플라스틱 재료는 엘라스토머(elastomer) 재료가 바람직하다. 폼 바디(foam body)와 단단한 부분으로 이루어진 진동-댐핑 및 음향-흡수 부분은 DE 197 39 778 A에 개시된다. 상기 폼 바디는 차량 부분의 진동 영역 상에 있으며, 단단한 부분은 외부에 있다. 실용명세서 DE 20 2004 020 028 U는 자기-서포팅 구성 및 흡음요소로 이루어지며 엔진을 향하는 흡음요소와 함께 엔진과 라디에이터 사이에 위치하는 자동차 엔진을 위한 흡음재(sound absorber)를 개시한다.
언급된 선행기술은 음향 및 열에 대한 효과적인 내연기관의 절연재와 관계 없다. 음향 절연재들은 "폐쇄된" 캡슐 효과를 가지지 않는다. 이들은 별도 부분(음향에 대해 상호 개방된)으로 설치된다. 반면에, 충분히 알려진 재료 조합들은 그들의 상대적인 위치에 개시된다.
DE 198 18 859 A는 하부로부터 작용된 힘을 향하여 탄성적으로 순응하는 방식으로 고안된 배기시스템을 위한 소음 캡슐을 개시한다. 이 캡슐은 흡수적이거나 열적인 효과 어느 것도 갖지 않는다.
합성된 열가소성 물질을 가진 폼은 방음 커버링에 대하여 EP 1 184 149 A에 개시된다. 우레탄은 폼으로 언급되며, 폴리스틸렌과 스틸렌-아크릴 공중합체는 열가소성 물질로 언급된다.
(열적으로 안정한) 폴리우레탄 폼은 DE 199 35 335 에도 밀봉(encapsulation)을 위해 사용된다. 폼은 직접 발포되어(directly foamed) 엔진에 적용되며, 또는 자기-서포팅 성형 부분으로써 적용되거나 자기=서포팅 합성부분으로써 적용된다. BASF P433 6./.10.03 "Thermische Motorkapselung mit PUR-Schaum - ein Weg zu weniger Kraftstoffverbrauch und mehr Verkehrssicherheit" in Polymers in the Automotive Industry, Vol. 1, Nos. 11+12/03,p.14.를 참고하라.
또한, EP 1 029 742 A는 절연을 위한 폴리우레탄 폼을 개시한다. 특히, 표면-활성 작용제가 적용된다. 폼은 엔진부분에서 캡슐로써가 아닌 부분적으로 특화된다.
그러나, 이와 같은 디자인들은 열관리의 측면 하에서 현재의 엔진부분들에서는 온도조건으로 인해 엔진근처에서 더 이상 적용될 수 없다. 또한, 음향 및 열을 절연하는 어떠한 의도적인 커플링도 없다.
DE 199 10 516 A에 개시된 방음 캡슐(sound-protection capsule)은 하우징과 그 내부에 적용된 흡착층(adsorption layer)으로 이루어진다. 재료 구조(material construction)에서, 하우징은 높은 탄성률(modulus of elasticity)을 가지는 몇 개의 층들로 이루어지며, 층들 자체는 댐핑층들에 의해 서로 연결된다. 재료로써, 알루미늄 시트들은 하우징을 위해 언급되며, 양면 접착시트들(double-sided adhesive)은 댐핑층들을 위해 언급된다. 흡수층은 개방-포어 폼, 플리스 또는 현무암 암면(basalt rock wool)로 이루어진다.
DE 100 25 826 A에 따른 엔진부분 커버를 위한 흡음장치는 소리-반사 특성들을 가지는 중앙부와 중앙부의 양 측면에 부착된 흡음요소가 각각 제공된 몇 개의 흡음판들(sound absorption plates)로 이루어진다. 이러한 판들은 커버의 통기 슬롯들(aeration slots) 근처에 인접한다.
EP 0 921 291 A는 음향 절연재를 가진 개별적인 캡슐 요소들이 특별한 연결채널들에 의해 선택적으로 연결되는 차량의 구동 캡슐을 개시한다. 이와 같은 채널들과 다른 가이드 보조수단들은 냉각에어의 공급 및 순환에 영향을 준다.
DE 199 14 934 A는 음향-감쇠 기계 하우징을 개시하고, 소음 밀봉(noise encapsulation)은 내부에 분리된 챔버들을 포함한다. 챔버들은 폐쇄되며, 외벽으로 통합되고 캡들에 의해 폐쇄된 통 형상의 영역들에 의해 형성된다. 캡들은 통 형상의 영역들의 가장자리에 영구적으로 탄성을 가지는 접착제들로 결합에 의해 연결되어 진동들을 분리하고 밀봉한다. 몇몇 캡들은 소리-감쇠 중간층을 가진 다중몸체로 고안된다. 엔진/펌프 집합체를 위해 소리-감쇠 커버를 가지며 엔진/펌프 집합체에서 발산된 소리를 감쇠하기 위한 어셈블리가 DE 199 60 224 A에 개시된다. 커버는 소리-감쇠 후드로 고안되며, 엔진/펌프 결합체에 접촉하지 않고 상부에 놓여진다.
DE 100 06 618 A는 냉각제가 흐르는 공동공간들(hollow spaces)로부터 부분적으로 형성된 소음 캡슐(noise capsule)을 개시한다. 캡슐은 플라스틱 재료로 이루어지며, 내연기관 부분을 감싼다. 냉각수 및 냉각에어(cooling water and air)의 특수한 순환이 이루어지는 소리-절연 하우징(sound-insulating housing)은 EP 0 935 058 A에 개시된다. 소음-흡수 구성요소를 가진 감쇠 캡슐은 DE 195 433 495 A에 개시된다. 흡수재료는 변동 두께를 가지고 소리경로를 따라 배열된다. 소리를 절연하기 위해 밀봉된 내연기관은 DE 10 2004 017 362 A에 개시된다. 이 경우, 후드는 흡음 요소(sound absorption element)와 함께 제공되며, 보행자-보호 변형요소(pedestrian-protecting deformation)는 후드와 흡음요소 사이에 배치된다.
본 선행기술은 열적 효과(thermal effect) 또는 음향 및 열의 절연에 대한 의도적 결합을 가지는 캡슐과 관련되지 않는다.
본 발명은 DE 10 2004 028 593 A에 개시된 자동차의 엔진 구성요소에 적용될 수 있으며, 열-차폐 구성요소들이 서로에 대하여 그리고 보호를 받는 부분에 대하여 상대적인 위치에 개시된다.
DE 103 24 257 B3는 열가소성 그리고/또는 열경화성 접착제로 결합된 두 개의 서로 연결된 직물 섬유 플리스(interconnected textile fiber fleeces)(1,2)로 이루어진 흡음재(sound absorber)에 관한 것이며, 소리 발산 소스(sound emission source)를 향하는 직물 섬유 플리스(1)는 2 내지 15㎜의 층두께, 50 내지 500 ㎏/㎥의 밀도, 0.1 내지 5 ㎏/㎡의 기본 무게(basis weight), 50 내지 1000kNs/m4의 유동저항(flow resistance)을 가지며, 12 내지 30㎜의 흡음재의 전체 두께 및 0.5 내지 3 ㎏/㎡의 전체 기본 무게(total basis weight)를 가진다.
원칙적으로, 자동차 산업이 모든 구성요소는 연료 소비(fuel consumption) 및 환경 양립성(environment compatibility)에 대한 경제적 효율성에 있어서 계속적으로 증가하는 수요에 대한 공헌도에 의해 판단되어야 한다. 성형부분에 대한 절연 또는 감쇠와 관련하여, 이에 대한 초점은 무게 감소 및/또는 성형 부분 또는 재료들의 재생성(recyclability)을 취득하는 데에 우선적이었다.
내연기관(internal combustion engines)은 증가하는 연료소비와 콜드 러닝 페이즈(cold running phase)에서 쇠퇴(wear)에 속하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 엔진냉각, 냉각순환 또는 승객 부문의 가열목적을 위한 엔진열의 회수는 단지 특정한 엔진온도를 얻은 이후에 시작되는 것은 선행기술에서 전적으로 일반적이다. 반대로, 필수적으로 관계된 문제들 때문에 열적으로 절연하는 엔진 밀봉은 고려되지 않았다.
즉, 예견된 높은 무게에 더하여, 엔진 밀봉들은 기본적으로 엔진 부분 이내에서, 그리고 승객 부문 내부(within the passenger compartment)와 차량 외부("경유 소음(pass-by noise)")에서 음향적 반응에 대한 높은 충격을 낳는 문제를 가진다.
그러므로, 본 발명의 목적은 특히 자동차 구조를 위하여, 가능한 경량의 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재를 제공하는 것이며, 승객부분에서 엔진 소음 및 연료 소모 및 환경 양립성에서 높은 경제적 효율을 가지는 "경유 소음"을 균형적으로 감소시킨다.
본 발명의 상기 목적은 원칙적으로 즉 세가지 차별화된 접근에 의해 이루어진다.
엔진에 매우 가까운 캡슐(1);
엔진으로부터 떨어진 캡슐(2); 그리고
차 몸체에 부착된 캡슐(3).
(1) 본 발명의 첫 번째 측면에서, 목적은 자동차의 내연기관에 대한 다층을 가진 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재에 의해 성취된다. 이는 적어도 세 개의 층들(1,2,3)을 포함하고, 이들은 다른 유동저항값을 가지며 전면적에 대하여 서로 연결되며,
적어도 1㎜의 두께를 가지며 엔진 블럭에 매우 가까운 에어갭(1);
접촉하여 50 내지 150 kNs/m4의 유동저항(공기), 5 내지 50㎜의 층두께, 그리고 0.04 내지 2.5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(2); 그리고
층(2)에 수반하고 엔진부분을 향하며, 200 내지 600 kNs/m4의 유동저항(공기), 0.5 내지 8㎜의 층두께, 그리고 0.2 내지 5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(3)을 포함하며,
층(3)의 유동저항값에서 층(2)의 유동저항값을 뺀 차이는 적어도 150 내지 550 kNs/m4 이며, 층(2)의 층두께에서 층(3)의 층두께를 뺀 차이는 적어도 4.5 내지 49.5㎜이며, 층(3)의 기본무게에서 층(2)의 기본무게를 뺀 차이는 적어도 0.16 내지 4.96 ㎏/㎡이다. 엔진에 매우 가까운 엔진캡슐을 부착하기 위하여, 에어갭이 없는 영역을 가지며, 층(2)은 영역에서 또는 영역에 연결되어 엔진 상에 직접 지지된다.
(2) 발명의 다른 측면에서, 목적은 자동차의 내연기관에 대한 다층을 가진 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재에 의해 성취된다. 이는 적어도 세 개의 층들(3,2,3)을 포함하고, 이들은 다른 유동저항값을 가지며 전면적에 대하여 서로 연결되며,
기설정된 거리에서 엔진 블럭을 향하며, 200 내지 600 kNs/m4의 유동저항(공기), 0.5 내지 8㎜의 층두께, 그리고 0.2 내지 5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(3);
상기 엔진블럭으로부터 떨어진 측면에서 층(3)에 수반되며, 50 내지 150 kNs/m4의 유동저항(공기), 5 내지 50㎜의 층두께, 그리고 0.04 내지 2.5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(2); 그리고
층(2)에 수반하고 몸체 패널(body panel)을 향하며, 200 내지 600 kNs/m4의 유동저항(공기), 0.5 내지 8㎜의 층두께, 그리고 0.2 내지 5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(3)을 포함하며,
층(3)의 유동저항값에서 층(2)의 유동저항값을 뺀 차이는 적어도 50 내지 550 kNs/m4 이며, 층(2)의 층두께에서 층(3)의 층두께를 뺀 차이는 적어도 4.5 내지 49.5㎜이며, 층(3)의 기본무게에서 층(2)의 기본무게를 뺀 차이는 적어도 0.16 내지 4.96 ㎏/㎡이다. 그러므로, 엔진으로부터 떨어진 엔진캡슐은 엔진부분 내에서 자기-지지(self-supporting)한다.
(3) 발명의 또 다른 측면에서, 목적은 자동차의 내연기관에 대한 다층을 가진 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재에 의해 성취된다. 이는 적어도 세 개의 층들(2,3)을 포함하고, 이들은 다른 유동저항값을 가지며 전면적에 대하여 서로 연결되며,
몸체 패널에 인접하며, 50 내지 150 kNs/m4의 유동저항(공기), 5 내지 50㎜의 층두께, 그리고 0.04 내지 2.5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(2); 그리고
층(2)에 수반하고 엔진부분을 향하며, 200 내지 600 kNs/m4의 유동저항(공기), 0.5 내지 8㎜의 층두께, 그리고 0.2 내지 5 ㎏/㎡의 기본무게를 가지는 층(3)을 포함하며,
층(3)의 유동저항값에서 층(2)의 유동저항값을 뺀 차이는 적어도 50 내지 550 kNs/m4 이며, 층(2)의 층두께에서 층(3)의 층두께를 뺀 차이는 적어도 4.5 내지 49.5㎜이며, 층(3)의 기본무게에서 층(2)의 기본무게를 뺀 차이는 적어도 0.16 내지 4.96 ㎏/㎡이다. 그러므로, 몸체 패널에 인접하며 선택적으로 후드에 인접한 엔진캡슐은 에어갭을 갖지 않으며, 엔진블럭에 매우 가까운 엔진캡슐에 반대된다.
본 발명의 첫번째 측면에서 엔진블럭에 매우 가까운 절연재의 위치는 층(2)과 엔진블럭 사이에 적어도 1㎜, 특별하게 10㎜, 바람직하게는 5 내지 8㎜인 에어갭을 포함한다. 엔진블럭의 구조-파생적인 소리롤부터 기계적인 분리(mechanical decoupling)를 위한 것이므로, 본 발명에 따른 에어갭은 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 엔진에 매우 가까운 절연재는 바람직하게 기계적 결합에 의해 부착되고 엔진에 의해 서포트되며, 열적으로 음향적으로 폐쇄된 공간을 이룬다.
본 발명의 두번째 실시예에서 엔진블럭으로부터 떨어진 절연재의 위치는 엔진부분을 감싸는 몸체 패널 또는 엔진부분의 외측 한계와 본 발명의 의미에 따른 엔진에 매우 가까운 위치 사이인 중간영역 내의 위치를 의미한다. 특히, 이는 엔진 그리고/또는 차 몸체에 의해 지지된 위치, 엔진블럭으로부터 엔진을 향하는 절연재의 경계층까지 거리에 의해 규정된 위치, 적어도 5㎝, 바람직하게는 적어도 10㎝, 더욱 바람직하게는 20㎝, 몸체패널 또는 엔진부분을 감싸는 몸체 패널로부터 엔진으로부터 떨어진 절연재의 경계층까지 거리에 의해 규정된 위치, 적어도 5㎝, 바람직하게는 적어도 10㎝, 더욱 바람직하게는 적어도 20㎝를 의미한다.
앞서 언급한 층들에 덧붙여, 본 발명에 따른 절연재들은 층들을 더 포함할 수 있으며, 이는 첫번째 경우 층(2)을 뒤따르는 하나 이상의 층들을 의미하며, 두번째 또는 세번째 경우에 층(3)을 의미한다. 바람직하게는, 이들은 커버 플리스 층이 뒤따르며, 이는 부분적으로 또는 전체적으로 관통한 금속박이 선택적으로 제공될 수 있다.
일반적인 열 절연재의 측면에서, 아래의 물질 구조들이 유용한 것으로 판명되었다.
커버 플리스(cover fleece)/글라스 울(glass wool)/경량 폼(lightweight foam)/글라스 울(glass wool)/커버 플리스(cover fleece);
커버 플리스(cover fleece)/페놀-수지-결합 코튼 섬유 혼합 플리스(phenol-resin-bonded cotton fiber mixed fleece)/경량 폼(lightweight foam)/커버 플리스(cover fleece);
커버 플리스(cover fleece)/페놀-수지-결합 코튼 섬유 혼합 플리스(phenol-resin-bonded cotton fiber mixed fleece)/경량 폼(lightweight foam)/중량 시트(heavy sheet)/커버 플리스(cover fleece);
커버 플리스(cover fleece)/경량 폼(lightweight foam)/중량 시트(heavy sheet)/커버 플리스(cover fleece).
특히, 고온 영역에서 적용을 위해,
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박(microperforated aluminum foil)/경량 폼/중량시트/커버 플리스;
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박/글라스 울/경량 폼/글라스 울/커버 플리스;
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박/경량 폼/페놀-수지-결합 코튼 섬유 혼합 플리스/커버 플리스;
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박/알루미늄 울/커버 플리스;
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박/알루미늄 울/알루미늄 박;
마이크로퍼포레이트 알루미늄 박/알루미늄 울/경량 폼/커버 플리스.
유동에 개방적이며, 높은 흡수 밀봉(highly absorptive encapsulation)이 가능한 재료들의 합성에 있어, 마이크로퍼포레이트 박은 엔진을 향해 차 몸체를 향해 바람직하게 적용된다.
바람직하게, 30 내지 300㎛의 두게를 가지는 마이크로퍼포레이트 알루미늄 박이 적용되며, 추가적으로 자기-지지(self-supporting) 또는 구성-강화 기능을 가지며, 300 내지 700㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 관계있는 물질 구조의 다른 층들과의 결합은 접착층 그리고/또는 크림핑(crimping)에 의해 이루어진다.
차 몸체를 향해 적용된 커버 플리스는 바람직하게 지지 플리스(support fleeces)로써, 부드럽게(smooth) 또는 두드러지게(knobbed) 고안된다. 또한 엔진을 향하는 다음 층(next layer)을 향하여 소리 방음(deadening)/감쇠(damping) 수단들이 제공된다.
두드러진 실시예에서, 몸체 패널과 캡슐 사이에서 분리는 몸체-지지 캡슐에서 이루어지며, 그 사이에서 가능한 공기 순환에 의한 부식에 대항하여 작용한다.
바이라미네이트 또는 트리라미네이트(needled bilaminates or trilaminates)는 서포트 플리스(support fleece)로써 적용되며, 특히 구성요소의 강성을 보증하기 위해 적용된다. 둘 또는 세개의 층으로 된 샌드위치 짜여지지 않은 직물들, 바람직하게는 PET/PP 짜여지지 않은 직물 또는 PET/자연 섬유 플리스 층(PP/kenaf/hemp/flax)-PP/PET.
본 발명에 따른 음향 및 열에 효과적인 절연재는 엔진블럭이 대체로 또는 완전하게 코팅되었다 할지라도 놀랍게 균형잡힌 그리고 뛰어난 음향 흡수 및 감쇠 특성을 보여준다. 차량 외부("경유 소음") 뿐만 아니라 승객부분에서 음압 레벨(sound pressure level)은 깨끗하게 제거된다. 게다가, 본 발명에 따른 엔진캡슐들은 대체로 긴 냉각시간 때문에 엔진의 웜-업 거동(warm-up behavior)을 개선하며, 그 결과 엔진이 재시작될 때 부수적으로 높은 온도레벨을 낳는다. 그리하여, 엔진은 매우 짧은 시간에 동작온도에 도달한다.
본 발명에 따른 엔진캡슐의 다른 중요한 장점은 우수한 음향 및 열에 대한 절연재 특성이 낮은 구성요소의 무게에서 실현될 수 있다는 것이다. 그리하여, 조합에서, 최적화된 연료 효율이 얻어지며, 음향특성이 우수한 반면 오염물의 방출은 감소한다. 개선된 연료 효율은 감소된 소모와 낮은 이산화탄소 또는 일산화탄소의 방출을 나타낸다. 본 발명에 따른 엔진캡슐이 적용되면, 연료 소모의 감소는 9 내지 16% 또는 그 이상, 특히 15%까지 가능하다. 구동 사이클에서, 본 발명에 따른 엔진캡슐이 적용될 때 엔진온도는 냉각 시스템에 의해 조절되는 일반적인 작동온도를 유지한다. 즉, 본 발명에 따른 엔진캡슐이 적용되더라도, 엔진과열의 위험은 없다.
음향적인 관점으로부터, 앞서 설명한 재료 구조(유동에 개방, 임피던스 단계(층들 1/2))는 흡수가 최적화된 반면에 공기-발생적인 소리에 대한 충분히 높은 절연을 보장한다.
층 재료들은 층(3)의 유동저항이 200 내지 600 kNs/m4 이고 층(2)의 유동저항이 50 내지 150 kNs/m4을 만족하도록 선택된다. 그리하여, 선명한 임피던스 단계는 이루어진다.
절연재료들이 몇몇 유동개방특성을 가진다면 특별한 장점이 있다.
층(3)의 층두께를 1.5 내지 4.5㎜로 선택하고, 층(2)의 층두께를 10 내지 30㎜로 선택하는 것은 특별한 장점이 있다.
더욱 바람직하게, 층(1 그리고/또는 3)의 기본 무게를 0.5 내지 3 ㎏/㎡로 하고, 층(2)의 기본 무게를 0.1 내지 1.5 ㎏/㎡로 하며, 층(3)의 기본무게에서 층(2)의 기본무게를 뺀 차이는 적어도 0.4 내지 2.9 ㎏/㎡이다.
경제적 및 음향적인 이유에서, 층(3)이 열가소성 또는 열경화성 바인더(thermoplastic or thermosetting binder)를 가진 섬유 재료들(fiber materials)과 개방-셀 강성 폼(open-cell rigid foam)로 이루어진 것은 특히 바람직한 반면에, 한편으로 전체적인 구조는 가능한 경량이고 즉각적으로 적어도 열적인 절연과 공기-발생적인 소리에 대한 높은 흡수, 그리고 공기-발생적인 소리에 대한 충분히 높은 감쇠를 보여준다.
또한 층(2)은 매우 바람직하게 경량 물질들로 이루어진다.
예를 들어,
- 높은 팽창 폼(high expansion foam)(훌륭한 음향 흡수 및 열 절연재)(good acoustic absorption and thermal insulation);
- 면 섬유 플리스들(cotton fiber fleeces)(선택적으로 글라스/락(glass/rock) 섬유들로 강화되는).
열-절연 특성을 증가시키기 위해, 층 구조에서 압축 정도(degrees of compression)는 가능한 낮게 유지된다. 요구되는 구성요소 강성값은 전면에 의해 확보되거나 바람직하게는 서포트 층들/플리스(support layers/fleeces)의 부분 면적에 의해 확보된다. 후자는 유동 고안에 대해 개방되도록 구멍들을 가질 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 모든 세가지 실시예들에 대한 설치 상태에 노출된 표면은 부분적으로 또는 완전하게 선택적인 관통-특히 마이크로퍼포레이티드-과 금속박(4)-특히 알루미늄-이 제공될 수 있다. 열반사에 대한 추가적인 개선이 이루어진다.
마이크로퍼포레이션은 다른 수와 모든 면적에 대한 ㎠ 당 퍼포레이션의 밀도에 의해 음원(sound source)으로부터 발산된 진동수에 따라 영향을 받을 수 있다. 이는 진동수-최적화된 마이크로퍼포레이션으로 간주된다. 또한, 퍼포레이션들의 거리 및 직경은 음원으로부터 발산된 진동수에 맞추어질 수 있다.
마이크로퍼포레이션(needled microperforations)에서, 니들 트랙트(needle tract)는 항상 합성재료의 내부를(흡수층을 향하여) 가리키고 있다. 그리하여, 확보된 깔때기 구조는 헬름홀츠 공진기(Helmholtz resonator)의 추가적인 효과를 제공한다.
층들(3)을 자기-지지층(self-supporting layer)으로 고안하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 엔진캡슐은 다른 고안들을 가질 수 있다. 예를 들어, 개방될 수 있으며, 반개방되고 단지 부분적으로 엔진블럭을 밀봉할 수 있다. 반대로, 내연기관 및 차량의 기어가 완전하게 밀봉되면, 즉 엔진캡슐이 완전하게 폐쇄되면, 완전한 음향 및 열 효율이 확보된다.
엔진이 동작 중에, 본 발명에 따른 밀봉은 아이들 속도(idle speed)에 대하여 부하상태에서 높은 분당 회전수에서, 경유 소음 및 무부하 동작상태의 승객부분에서 내부 소음에 대한 개선을 가져온다.
예를 들어, 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재는 음향학적으로 열적으로 효과적인 차량의 하부몸체(underbody)의 완전한 구성으로 고안될 수 있으며, 소리 감쇠를 개선할 수 있다. 하부몸체의 공기역학적인 효과들도 개선될 수 있다.
그리하여, 예를 들어, (직물의) 휠-하우징 쉘들(wheel-housing shells) 또는 열 차폐재들(heat shields)은 하부몸체로 통합될 수 있다.
3: 제1층
2: 제2층
3: 제3층
2: 제2층
3: 제3층
Claims (7)
- 적어도 세 개의 층들(3,2,3)을 포함하고, 상기 층들은 다른 공기유동저항값을 가지며 전면적에 대하여 서로 연결되며, 자동차의 내연기관에 대한 다층을 가진 음향 및 열에 대한 효과적인 절연재에 있어서,
기설정된 거리에서 엔진 블록을 향하며, 200 내지 600kNs/m⁴의 공기유동저항, 0.5 내지 8mm의 층 두께 및 0.2 내지 5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제1층(3);
상기 엔진 블록으로부터 떨어진 측면에서 상기 제1층(3)에 수반되며, 50 내지 150kNs/m⁴의 공기유동저항, 5 내지 50mm의 층 두께 및 0.04 내지 2.5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제2층(2); 및
상기 제2층(2)에 수반하고 몸체 패널(body panel)을 향하며, 200 내지 600kNs/m⁴의 공기유동저항, 0.5 내지 8mm의 층 두께 및 0.2 내지 5kg/㎡의 기본 무게를 가지는 제3층(3); 을 포함하며,
상기 제3층(3)의 공기유동저항값에서 상기 제2층(2)의 공기유동저항값을 뺀 차이는 적어도 50 내지 550kNs/m⁴이며, 상기 제2층(2)의 층 두께에서 상기 제3층(3)의 층 두께를 뺀 차이는 적어도 4.5 내지 49.5mm이며, 상기 제3층(3)의 기본무게에서 상기 제2층(2)의 기본 무게를 뺀 차이는 적어도 0.16 내지 4.96kg/㎡인 것을 특징으로 하는 절연재. - 제1항에 있어서,
상기 제3층(3)의 층 두께는 1.5 내지 4.5mm이며, 상기 제2층(2)의 층 두께는 10 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 절연재. - 제1항에 있어서,
상기 제3층(3)의 기본 무게를 0.5 내지 3kg/㎡로 하고, 상기 제2층(2)의 기본 무게를 0.1 내지 1.5kg/㎡로 하며, 상기 제3층(3)의 기본 무게에서 상기 제2층(2)의 기본 무게를 뺀 차이는 적어도 0.4 내지 2.9kg/㎡인 것을 특징으로 하는 절연재. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제3층(3)의 설치상태에서 노출된 표면의 일부 또는 전부에 알루미늄 포일 설치된 것을 특징으로 하는 절연재. - 제4항에 있어서,
상기 제2층(2) 또는 제3층(3)은 자체지지형(self-supporting)인 것을 특징으로 하는 절연재. - 제5항에 있어서,
상기 제3층(3)은 차 몸체에 부착되는 것을 특징으로 하는 절연재. - 제6항에 있어서,
상기 차량의 내연기관은 캡슐화된 것을 특징으로 하는 절연재.
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