CN101965448A - 通风管的消声结构和壳体的消声结构 - Google Patents

通风管的消声结构和壳体的消声结构 Download PDF

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Abstract

本发明旨在提供通风管的消声结构和壳体的消声结构，所述消声结构能够在宽的频率范围内消声和防止在空气管或壳体中的通风阻抗恶化。通风孔(11a)形成在通风管(11)的外周壁中；盖(12)设置成在通风管(11)的外周壁上以便覆盖通风孔(11a)；以及容纳活性炭(14)的袋状本体(13)，设置在由通风管(11)的外周壁和盖(12)的内部壁形成的空间中。

Description

通风管的消声结构和壳体的消声结构
技术领域
本发明涉及通风管的消声结构和壳体的消声结构。
背景技术
噪声往往在通风管(如导管、进气管以及排气管)和设有通风管的壳体(如用于空气滤清器的壳体)中产生。其中，响亮的噪声往往在通风管和壳体中产生，该通风管和壳体设置在内燃机、燃料电池、鼓风机、以及任何其它进气系统中。因此消声结构通常设置在通风管和设有通风管的壳体中，以消除噪声。例如，如下专利文件1和2作为关于通风管的消声结构的常规技术，已经是已知的。
专利文件1(日本专利公开No.2007-231881)公开了一种消声结构，在该消声结构中，多孔部分设置在通风管中。在消声结构中，多孔部分可在宽的频率范围中起消声的作用。
另一方面，专利文件2(日本专利公开No.2007-231882)公开了一种使用Helmholtz谐振器的消声结构。在该消声结构中，Helmholtz谐振器可有效地在特定频率范围中起消声的作用。另外，Helmholtz谐振器在消声结构中设置到通风管的外部，它不太可能妨碍通风，这能够防止在通风管中的通风阻抗(vent resistance)恶化。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在专利文件1中公开的常规技术中，在通风管中的通风阻抗恶化，因为在通风管中设置的多孔部分妨碍通风。另一方面，Helmholtz谐振器仅可在特定频率范围中起消声的作用。因此，在专利文件2中公开的常规技术不能在宽的频率范围中消声。
本发明已经考虑到常规的技术问题。本发明的目的是提供通风管的消声结构和壳体的消声结构，所述消声结构能够在宽的频率范围中消声和防止在通风管或壳体中的通风阻抗恶化。
用来解决技术问题的技术手段
为了解决以上描述的问题，本发明提供如下技术手段。
本发明的第一方面是通风管的消声结构，其特征在于，所述通风管是初级导管，所述消声结构包括：通风孔，所述通风孔形成在初级导管的外周壁中；盖，所述盖设置在外周壁外面，以便覆盖所述通风孔；活性炭，所述活性炭容纳在所述盖中；和通风部件，所述通风部件插入在所述活性炭与所述外周壁之间。
本发明的第一方面的特征也在于，所述通风孔设置在除外周壁底部外的外周壁中。
本发明的第二方面是壳体的消声结构，该壳体设有用于引入的通风管和用于排出的通风管，其特征在于，所述消声结构包括：内部管，所述内部管设置在壳体中，并且与用于引入的通风管或用于排出的通风管相连通；通风孔，所述通风孔形成在内部管的外周壁中；盖，所述盖设置在外周壁外面，以便覆盖所述通风孔；活性炭，所述活性炭容纳在盖中；以及通风部件，所述通风部件插入在所述活性炭与所述外周壁之间。
本发明的第二方面的特征也在于，通风孔设置在除外周壁底部外的外周壁中。
对于相关文件的交叉参考
本申请要求基于在2008年3月4日提交的国际申请(PCT/JP2008/53815)的优先权，并且该国际申请的内容由此包括在本申请中。
本发明的优点
本发明能够在宽的频率范围中消声和防止在通风管或壳体中的通风阻抗恶化。
附图说明
图1示出了在用来证实本发明的试验中使用的试验设备；
图2示出了用噪声计测量的噪声的声压(dB)相对于四缸汽油发动机的速度(RPM)曲线图；
图3(a)和3(b)示出了用噪声计测量的噪声的频率(Hz)相对于四缸汽油发动机的速度(RPM)的曲线图；
图4(a)和4(b)示出了通风管的示范性消声结构(在例1中的消声器310)；
图5(a)和5(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(在例2中的消声器320)；
图6(a)和6(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(在例3中的消声器330)；
图7(a)至7(c)示出了通风管的另一种示范性消声结构(在例4中的消声器340)；
图8(a)和8(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(在例5中的消声器350)；
图9(a)至9(c)示出了壳体的示范性消声结构；
图10(a)和10(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(消声器500)；
图11(a)和11(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(消声器510)；
图12示出了通风管的另一种示范性消声结构(消声器520)；
图13示出了通风管的另一种示范性消声结构(消声器530)；及
图14(a)和14(b)示出了通风管的另一种示范性消声结构(消声器540)。
附图标记的描述
310、320、330、340、350、410、500、510、520、530、540消声器
11、21、31、41、51、401、503、504  通风管
11a、21a、31a、41a、51a、411a、501c、601a  通风孔
12、22、32、42、52、412    盖
13、23、33、43、53、413    袋状本体
14、24、34、44、54、414、512  活性炭
400  壳体
411  内部管
511  通风部件
具体实施方式
用来证实本发明的试验
本发明人已经关注到活性炭具有消声效果的事实，并且通过使用活性炭的消声效果已经获得了本发明。为了证实本发明的有益的效果，本发明人已经使用在图1中示出的试验设备10来进行基于四缸汽油发动机的进气噪声试验。图2和3示出了进气噪声试验的结果。
在图1中示出的试验设备10包括噪声计1、初级导管2、消声器3、空气滤清器4、次级导管5、具有波纹管的橡胶软管6、进气歧管7、四缸汽油发动机8、以及排气管9。
噪声计1设置在与初级导管2的上游端部间隔开100mm的位置中，并且朝上游端部倾斜45度。初级导管2具有56mm的内径和620mm的长度。消声器3附接到初级导管2的大体中心部分上。一百个通风孔(直径10mm)形成在初级导管2的外周壁中。消声器3具有消声部分，该消声部分具有0.5升的体积。由通风薄片形成的袋状本体设置在消声器3中。袋状本体容纳300cc的颗粒状活性炭(近似20埃的平均孔径)。通风薄片由无纺织物制成，并且具体而言近似3mm的厚度和具有近似80至100μm的孔径(平均的孔尺寸)。空气滤清器4的体积是5升。具有波纹管的橡胶软管6具有70mm的内径和350mm的长度。四缸汽油发动机8的体积是2.3升。
图2示出了用噪声计1测量的噪声的声压(dB)相对于四缸汽油发动机8的速度(RPM)的曲线图。在图2中示出的符号(“A”、“P”、“G”、“S”、以及“V”)的意思如下：“A”代表当消声器3附接到初级导管2上时得到的试验结果。“P”代表当没有消声器附接到初级导管2上时得到的试验结果(比较例1)。“G”代表当填充有玻璃棉的消声器附接到初级导管2上时得到的试验结果(比较例2)。“S”代表当填充有海绵(50个单元)的消声器附接到初级导管2上时得到的试验结果(比较例3)。“V”代表当空的消声器附接到初级导管2上时得到的试验结果(比较例4)。
图3示出了用噪声计1测量的噪声的频率(Hz)相对于四缸汽油发动机8的速度(RPM)的曲线图。图3(a)示出了当消声器3附接到初级导管2上时得到的试验结果(具有消声器)。图3(b)示出了当没有消声器附接到初级导管2上时得到的试验结果(没有消声器)。
首先，当消声器3附接到初级导管2上时，噪声的声压(dB)与在如图2所示的比较例1至4中的那些噪声的声压(dB)相比在全部频率范围上被降低。
当消声器3附接到初级导管2上时，与如图3所示的其中没有消声器附接到初级导管2上的情形相比，噪声在宽的频率范围(Hz)上被显著地降低。根据本发明，因此可以说，声音可在宽的频率范围中被消声。而且，在本发明中，在通风管(在图1中的初级导管2)中不存在可引起通风阻抗的障碍。因此本发明可防止通风阻抗恶化。
通风管的消声结构
接下来，将参照图4至8描述本发明的通风管的消声结构。图4至8示出了在例1至5中本发明的关键部分。
<例1：消声器310的构造>
图4示出了在本发明的例1中的消声器310。图4(a)是消声器310的侧视图。图4(b)是沿图4(a)中的线A-A得到的剖视图。
在图4中示出的消声器310包括通风管11、盖12、袋状本体13、以及活性炭14。通风孔11a形成在通风管11的外周壁中。盖12由盖12a和盖12b形成，该盖12a和12b由不通风材料制成。另一方面，袋状本体13由通风部件(如通风薄片)形成，该通风部件例如由无纺织物、纸、海绵或毡制成。活性炭14是例如颗粒状活性炭、蜂窝状活性炭、纤维状活性炭、或含活性炭的纸。通风管11附接到盖12上，从而通风管11配合到盖12中。袋状本体13设置在由通风管11的外周壁和盖12的内部壁形成的空间中。袋状本体13容纳活性炭14。
<例2：消声器320的构造>
图5示出了在本发明的例2中的消声器320。图5(a)是消声器320的立体图。图5(b)是消声器320的分解立体图。
在图5中示出的消声器320具有与在图4中示出的消声器310的构造相类似的构造，并且具体而言包括通风管21、盖22、袋状本体23以及活性炭24。通风孔21a形成在通风管21的外周壁中。盖22由盖22a和盖22b形成。
<例3：消声器330的构造>
图6示出了在本发明的例3中的消声器330。图6(a)是消声器330的立体图。图6(b)是消声器330的分解立体图。
在图6中示出的消声器330具有与在图5中示出的消声器320的构造相类似的构造，并且具体而言包括通风管31、盖32、袋状本体33以及活性炭34。盖32由盖32a和盖32b形成。通风管31附接到盖32上，使得通风管31插入到盖32中。
<例4：消声器340的构造>
图7示出了在本发明的例4中的消声器340。图7(a)是消声器340的立体图。图7(b)示出了从上方看到的在图7(a)中示出的消声器340。图7(c)是沿在图7(b)中示出的线B-B得到的消声器340的剖视图。
在图7中示出的消声器340中，通风孔41a形成在通风管41外周壁的一部分中，并且盖42设置成覆盖通风孔41a。袋状本体43设置在由通风管41的外周壁和盖42的内部壁形成的空间中。袋状本体43容纳活性炭44。
<例5：消声器350的构造>
图8示出了在本发明的例5中的消声器350。图8(a)是消声器350的立体图。图8(b)是消声器350的分解立体图。
在图8中示出的消声器350包括外壳350a、外壳350b、袋状本体53以及活性炭54。盖子52a与外壳350a成一体。通风孔51a形成在外壳350b的外周壁中，并且容纳部分52b按这样一种方式与外壳350b成一体，以便容纳部分52b覆盖通风孔51a。容纳活性炭54的袋状本体53设置在容纳部分52b中，并且外壳350a与外壳350b相结合。因而产生消声器350，在该消声器350中，通风管51与盖52成一体。
<消声器的作用>
在设有例1至5的消声器的任一种的通风管中，活性炭可在宽的频率范围内起消声的作用。另外，在任何情况下，在通风管中不存在可能引起通风阻抗的障碍。因此消声器的每一个可防止通风阻抗恶化。
<壳体的消声结构>
接下来，将参照图9进行本发明的壳体的消声结构的描述。图9示出了壳体的示范性消声结构。图9(a)示出了从上方看到的壳体400。图9(b)是沿在图9(a)中示出的线C-C得到的壳体400的剖视图。图9(c)是沿在图9(b)中示出的线D-D得到的壳体400的剖视图。
在图9中示出的壳体400是用于内燃机的空气滤清器。壳体400包括外壳400a、外壳400b、过滤器元件400c以及消声器410。外壳400a设有用来引入新鲜空气的通风管401(具体而言，初级导管)。另一方面，外壳400b设有用来排出内部空气的通风管(未示出)。
消声器410附接到内部管411上，该内部管411设置在壳体400中，从而与通风管401相连通。消声器410包括盖412、袋状本体413以及活性炭414。通风孔411a形成在内部管411的外周壁中，并且盖412设置成覆盖通风孔411a。容纳活性炭414的袋状本体413设置在由内部管411的外周壁和盖412的内部壁形成的空间中。
在设有消声器410的壳体400中，活性炭414可在宽的频率范围内起消声的作用。另外，尽管消声器410附接到内部管411上，但在内部管411中不存在可能引起通风阻抗的障碍。因此消声器410可防止通风阻抗恶化。
其它实施例
以上描述用于使本发明容易理解，而不用于限制本发明。本发明在不脱离其实质和目的的情况下当然可进行变化和修改，并且包括其等效物。
例如，作为本发明的其它实施例，在图10至14中示出的消声器500、510、520、530以及540是可想到的，并且包括在本发明中。
首先，在图10中示出的消声器500附接到通风管503上，该通风管503包括彼此焊接的上部通风管501和下部通风管502。容纳部分501a与上部通风管501的上部部分成一体，并且大量通风孔501c形成在上部通风管501的上部表面部分中，该上部表面部分用容纳部分501a覆盖。容纳部分501a容纳活性炭512，并且盖子501b附接到容纳部分501a的上部部分。通风部件511设置在活性炭512与上部通风管501的上部表面部分之间，并且衬垫部件513设置在活性炭512与盖子501b之间。
在图11中示出的消声器510、在图12中示出的消声器520、以及在图13中示出的消声器530中的每一个均具有与在图10中示出的消声器500的构造大体相类似的构造。
然而，消声器510与消声器500的不同之处在于，无纺织物514、压缩板515和板簧516按这种从活性炭512向盖子501b的顺序设置在活性炭512与盖子501b之间。
消声器520与消声器500的不同之处在于，无纺织物514、压缩板517和弹簧518按这种从活性炭512向盖子501b的顺序设置在活性炭512与盖子501b之间。
消声器530与消声器500的不同之处在于，泡沫部件(如海绵)519设置在活性炭512与盖子501b之间。
在图14中示出的消声器540附接到通风管504，该通风管504具有形成在其上部部分中的开口504a，并且容器600附接成覆盖开口504a。容器600由容纳部分601和盖子602形成，并且在其中容纳活性炭(未示出)。大量通风孔601a形成在容纳部分601的底部中。附接部分601b设置在容纳部分601的每个侧部分上，并且附接部分601b固定到通风管504的壁。
消声器(即，在图10至14中示出的消声器500、510、520、530以及540)的每一个具有与本发明实施例的任一个的消声器(例如，消声器310)相同的有益效果，并且具体而言，可在宽的频率范围中消声，并且防止在通风管或壳体中的通风阻抗恶化。
注释
本发明人已经研究了根据如下(1)至(7)项中所指出的消声器的最佳形状。
(1)活性炭的类型
待使用的活性炭被认为当其表面面积较大时在消声特性方面较优良。当活性炭高效地(按高密度)填装在容器中时，具有较小颗粒直径的活性炭较有益。然而，具有非常小直径的粉状活性炭可能堵塞通风薄片，并且在填装时分散到大气中。因此当使用粉状活性炭时，必须控制颗粒直径分布。另外，由于振动使活性炭彼此摩擦成粉末，所以硬度也是防止活性炭在使用期间退化的重要因素。因此希望的是，使用在如下条件下控制的活性炭：直径(初始)与在JIS K1474试验方法下得到的活性炭颗粒的直径相当，这些颗粒通过其孔眼尺寸范围由JIS Z8801定义的从0.5mm至4.5mm的筛；并且硬度是由JISK1474定义的95％或更大。
(2)在导管的外周壁中的连通孔
形成连通孔的面积影响消声效果，并且在导管的纵向方向上在最大可能区域中提供连通孔(相应地加大消声器)增强消声效果。然而，跨过导管的整个长度设置连通孔是不实际的。考虑到活性炭的实际量和消声器的实际形状，连通孔(和消声器)可以设置成在导管纵向方向的中央部分中在导管整个长度的六分之一的范围内。在导管中的气柱谐振(air-column resonance)方面，由于初级谐振频率范围影响整体消声效果最大，所以导管的中央部分是最佳位置，在导管的中央部分处，初级谐振的水平可大大地减小，并且可使在C2处的声压下降最小。注意，连通孔的直径不影响消声特性。另外，当连通孔(其尺寸是消声器的投影面积的至少10％)均匀地分布时，消声效果变化不大。
(3)活性炭的适当量
考虑改变包含活性炭的消声器的高度(从连通孔起的竖直尺寸)。当高度是近似80mm时消声效果达到平稳段，而与导管的直径无关。从80mm增加高度将不会增强消声效果。因此有效的是，将消声器的高度限制成最大80mm。另外，考虑改变包含活性炭的消声器的长度(在导管的纵向方向上)。最优选的是，将连通孔设置成在导管的中央部分中在导管整个长度的近似六分之一的范围内，如在导管的外周壁中的连通孔的章节中已经讨论的那样。另外，当形成连通孔的面积被固定并且只有消声器的长度被改变时，几乎不影响消声效果。因此消声器只需足够长以保证形成连通孔的面积。另外，包含活性炭的消声器的宽度只需等于导管的内径。考虑到以上描述的因素，不仅消声有效而且也实用的活性炭量可由如下公式确定：长度(导管的整个长度/6)×宽度(导管的内径)×高度(80mm)＝活性炭的最佳量(cc)，其中长度、宽度和高度是消声器的内部尺寸。当导管具有56mm的内径和600mm的长度时，活性炭的最佳量是100×56×80≈450cc。
(4)消声器的形状
包含具有固定体积的活性炭的消声器，表现出大体相同的消声效果，而与消声器的形状(如箱形消声器和柱形消声器)无关。
(5)消声器放置的位置
当将消声器(所述消声器包含活性炭并且具有在100mm的长度范围内形成的连通孔)附接到导管的纵向中央部分时，消声效果在初级谐振中很大，而消声效果在次级谐振中很小。当将包含活性炭的消声器附接到导管的每个端部部分(在与每个端部间隔开导管整个长度的四分之一的位置中)时，消声效果在初级谐振中很小，而消声效果在次级谐振中很大。最有效的是，将包含活性炭的消声器设置在与所讨论的谐振频率相对应的波长的节点位置中。当多个消声器附接到初级谐振、次级谐振以及更高阶谐振的谐振频率的节点位置上时，对于谐振频率范围每一个的消声效果很大，但这种方法是不实际的。由于当在整体消声效果上按照高的优先级别考虑时，最有效的是处理导管的初级谐振频率，所以附接到导管的中央部分的、包含活性炭的消声器提供很大的消声效果，这是与关于形成连通孔的面积的结论相同的结论。
(6)与其它吸声材料的比较
当改变消声器的内装物，并且在活性炭、玻璃棉以及海绵(专用于汽车的吸声海绵)中进行比较时，活性炭在所有频率范围和在C2处提供最好的消声效果，并且对于每个声压级和对于谐振分量的每阶在消声特性方面优良。
(7)与多孔介质的比较
当将包含多孔介质的消声器与包含活性炭的消声器相比较时，在进气末端处的声音大体相同，并且包含活性炭的消声器就传输声音和通风阻抗而论较好。另外，多孔介质不利地吸入在发动机室中的暖空气，而包含活性炭的消声器不吸入暖空气，这是因为除在导管的外周壁中的连通孔之外，没有与大气连通的开口。

Claims (4)

1.通风管的消声结构，其特征在于，
所述通风管是初级导管，以及
所述消声结构包括：
通风孔，所述通风孔形成在初级导管的外周壁中；
盖，所述盖设置在外周壁外面，以便覆盖所述通风孔；
活性炭，所述活性炭容纳在所述盖中；和
通风部件，所述通风部件插入在所述活性炭与所述外周壁之间。
2.根据权利要求1所述的通风管的消声结构，其特征在于，
所述通风孔形成在除外周壁底部外的外周壁中。
3.壳体的消声结构，该壳体设有用于引入的通风管和用于排出的通风管，其特征在于，
所述消声结构包括：
内部管，所述内部管设置在所述壳体中，并且与用于引入的通风管或用于排出的通风管相连通；
通风孔，所述通风孔形成在所述内部管的外周壁中；
盖，所述盖设置在外周壁外面，以便覆盖所述通风孔；
活性炭，所述活性炭容纳在所述盖中；以及
通风部件，所述通风部件插入在所述活性炭与所述外周壁之间。
4.根据权利要求3所述的壳体的消声结构，其特征在于，所述通风孔形成在除外周壁底部外的外周壁中。
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