CN102606270B - 气道衰减器及具有该衰减器的发动机或车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机进气道的衰减器，包括具有环绕式外罩(9)的无障碍管(4)，该环绕式外罩(9)分为与进气管流体连通的主腔室(11)和与主腔室流体连通的副腔室(12)。可以设置两个副腔室(12、13)。该装置可以被调谐以衰减宽的频率范围。

Description

气道衰减器及具有该衰减器的发动机或车辆

技术领域

本发明涉及一种用于气道的衰减器，特别地但非排他地，涉及用于车辆内燃发动机的进气道的衰减器。本发明的多个方面涉及衰减器、装置、发动机以及车辆。

背景技术

车辆发动机需要过滤后的进气以使发动机运动部件的磨损最小。通常，空气滤清器安装成与发动机进气歧管隔开一段距离，因此需要封闭的管道以将清洁的空气从空气滤清器传送至发动机。此管道的尺寸、形状和排布由最大发动机气流要求、以及用于其他发动机舱装备的空间和组装要求来确定。

被限制在供气道内的气流倾向于产生噪声，还可能经由管道的安装件产生车辆结构的振动。这种噪声和振动的频率范围倾向于为宽范围，而在某些频率下，管道中的空气和/或管道本身可能共振从而增大噪声和振动。

与发动机进气相关联的噪声和振动对于车辆乘员而言可能是明显能被察觉的，需要提供衰减，特别地，低于2000Hz。隔离和消声提供了一种可能的解决方案，但总体管道尺寸的增加可能难以容置在拥挤的发动机舱中。有可能无法在管道的整个长度上隔离管道，此外由于有被车辆发动机吸入的风险，因而管道内的松散材料是不合乎要求的。

另一解决方案是通过更好地设计供气道来消除噪声和振动，为此已经使用经调谐的四分之一波长谐振器和Helmholtz(赫尔姆霍茨)型谐振器以在窄频带之上——特别是产生共振的频率处——提供衰减。

可以使用若干四分之一波长谐振器或Helmholtz型谐振器以在多个窄频带上提供衰减，但可用的发动机舱空间有限，所有这可能不是实用的可能性，特别是由于每个这种谐振器均倾向于具有相当大的体积。

发明内容

所需要的是用于在宽频带上衰减噪声和振动的紧凑型装置，其制造经济并且能够提供美学上可接受的发动机盖下外观。此外，此紧凑型装置应能够在基本不改变发动机舱内的总体尺寸和位置的情况下容许调谐，优选地适合于具有介于四个与八个之间的气缸的汽油发动机和柴油发动机的所有构型。

本发明的目标是解决一个或多个这些问题。本发明的实施方式可以提供用于流体管道的衰减器，该衰减器实现在紧凑型组件内对进气道中引起的噪声和振动有效的宽频带衰减。根据下文描述、权利要求和附图，本发明的其他目标和优点将变得显而易见。

因此，根据所附权利要求，本发明的多个方面提供衰减器、发动机和车辆。

根据本发明寻求保护的一个方面，提供了一种用于衰减流体管道内的噪声和/或振动的装置，该装置包括具有壁、入口和出口的管、环绕所述管的外罩、以及至少一个环形障板(baffle)，该环形障板将外罩分成位于所述障板一侧的第一腔室或主腔室和位于所述障板另一侧的第二腔室或副腔室，其中，管的内部经由管壁上的孔与主腔室流体连通，而副腔室经由障板上的开口与主腔室连通。

在本说明书中，术语“孔”和“开口”被用作在管壁的通道与障板的通道之间进行区分的便利方式，而无意于限制形状、尺寸或外观。类似地，术语“主”和“副”无意于暗示诸如尺寸、位置或相对的功能重要性之类的任意特别的特性或以任何方式进行限制，且术语“第一”和“第二”可以同等地使用。

在一个实施方式中，除了孔和开口之外，主腔室和副腔室是封闭的。可以设置多个孔和/或多个开口。

本发明的衰减器包括连续设置的主腔室和副腔室，并且已经示出为提供对在进气道内引起的噪声和振动的有效的宽频带——特别地在500-2000Hz范围内——的衰减。此衰减器是紧凑的，并且通常但并非必不可少地包括绕进气道的直部大体同轴地设置的圆形或椭圆形截面的外罩。圆形或椭圆形被认为提供最佳性能。然而，基本上可以是诸如正方形、矩形、六边形等之类的任意其他横截面形状，而进气道和外罩可以基本上不同轴。

本发明的特别特征是衰减器具有许多可调节参数，这允许通过调节其内部部件在允许的安装极限(installation envelope)内进行宽频带响应的调谐。本发明的衰减器已经示出为保证处于4缸至8缸范围内的发动机，并被认为适用于具有多个气缸的所有汽油发动机和柴油发动机。

因此，外罩的外径和长度以及管和外罩的横向尺寸比是可选择的。外罩的外部形状可以沿着其长度而变化，例如从一端连续变窄。

在衰减器内，与主腔室相对应的管的长度是可选择的，因此主腔室和副腔室的相对轴向尺寸是可选择的。此外，孔和开口的面积和数量是可选择的。

在一个实施方式中，开口绕着所述管大致等间隔，例如等角度间隔。

在一个实施方式中，障板大致垂直于进气道的流动方向，使得相对于所述流动方向而言，所述孔是总体沿径向的，而开口是总体沿轴向的。

在一个实施方式中，设置有第二障板以提供两个副腔室，在主腔室的每一侧各有一个副腔室。该副腔室可以例如通过设置相同的横截面积但具有不同的轴向尺寸而具有不同容积。每个这种副腔室的开口的数量和尺寸可以是不同的。可以理解，本发明的衰减器允许内部构型的很大变化。

在另一实施方式中，可以设置两个主腔室，每个主腔室具有与之关联的副腔室。优选地，两个副腔室相邻，并由实体壁(solid wall)隔离。

外罩可以具有任意适当的横截面轮廓，但通常为圆形或椭圆形，并且总体与进气道同轴。障板和实体壁(如果设置有)优选地设置在平行平面内。如果需要，外罩可以朝向一端渐缩。在具有两个副腔室的实施方式中，渐缩设计可以提供具有不同容积但具有相同长度的副腔室。渐缩的外罩还可以提供具有不同容积但具有相同长度的两个主腔室。

衰减器可以设置为插入流体管道中以替代该流体管道的一部分。在此情况下，管的入口和出口可以设置为与流体管道的邻接部分密封地联接。管可以与外罩一体地或整体地形成。

在替代性实施方式中，衰减器可以设置为环绕不完全形成衰减器的一部分的流体管道的已有节段或部分。

因此，根据本发明寻求保护的又一方面，设置有用于流体管道的衰减器，该衰减器包括设置为大致环绕流体管道的外罩、以及将外罩分成主腔室和副腔室的障板，其中，主腔室经由流体管道的壁上的孔而与流体管道的内部流体连通，副腔室经由障板上的开口而与主腔室连通。两个副腔室可以设置为与单个主腔室相连，或者设置为与各自的主腔室相连。

在一个实施方式中，外罩可以由设置为环绕流体管道的两个半部构成。两个半部可以在其一个边缘处铰接在一起而成蛤壳式装置，并且适于绕管道夹紧，并在其相对边缘处紧固在一起。

替代性地，两个半部可以是独立的，并且借助于适当的紧固件绕管道夹紧在一起。这种紧固件可以与衰减器半部一体地形成，或者可以由诸如带、绳或蜗杆驱动式夹具之类的分开的夹紧装置构成。

在此实施方式中，所需孔必须在将外罩环绕管道安装之前形成在流体管道壁上。

在另一实施方式中，管状壳体可以包括外罩，并且在其中插入有包括流体管道和障板的整体部件。可以由外罩提供一个端壁，而由整体部件提供另一个端壁，使得在插入整体部件时形成封闭的外罩。整体部件的端壁可以以任意适当的大致气密的方式固定至外罩。优选地，壳体为渐缩形，整体组件从大直径端插入。

在本发明的实施方式中，所述主腔室或每个主腔室总体构成用于衰减高频的谐振器，而所述副腔室或每个副腔室构成用于衰减低频的谐振器。

在此应用的范围内，可以设想在前述段落中、在权利要求中和/或在下文描述和附图中陈述的每个以及各个方面、实施方式、示例、特征和替代物均可以被独立采用或以它们的任意组合的方式而被采用。关联于本发明的一个实施方式所描述的特征能够等同地应用于其他实施方式，除非存在特征的不相容性。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明，其中：

图1是车辆内燃发动机的进气管道的示意图；

图2是穿过根据本发明的衰减器(attenuator)的第一实施方式的立体图；

图3至图5以图形的方式示出了本发明实施方式的效果；

图6至图7图示了用于本发明实施方式的不同的孔形状；

图8图示了本发明第二实施方式的示意截面图；

图9以图形的方式示出了第二实施方式的频率响应；

图10以图形的方式示出了调整第二实施方式的参数的效果；和

图11是穿过根据本发明另一实施方式的衰减器的立体图。

具体实施方式

图1示意性地图示了用于内燃发动机(1)的进气装置，该进气装置包括具有进气道(3)、供气道(4)和过滤元件(5)的空气过滤箱(2)。由箭头(6)指示的未过滤的空气穿过过滤元件(5)经由供气道(4)到达发动机的进气部件。供气道(4)内设置有衰减器(7)以衰减噪声和振动。

图2更详细地示出了衰减器(7)的示例。供气道(4)无障碍地穿过衰减器，使得空气流不物理地受阻碍。本实施方式的衰减器包括与供气道同轴的管状鼓形件(9)，出于图示的目的，该鼓形件(9)的截面为圆形。该鼓形件具有垂直端板(10)、并且在内部通过两个环形障板(baffle)(16、18)分成三个腔室(11、12、13)。如上文指出的，也可以设想单个障板的实施方式。

供气道(4)经由孔(17)与中间腔室(11)连通，而中间腔室(11)经由开口(15、19)与端部腔室(12、13)连通。除了孔和开口(15、17、19)之外，腔室(11、12、13)是封闭的、并且提供了易于调谐的多个谐振器(resonator)以提供对噪声和振动的宽频带的衰减。

本实施方式中提供的设计变量包括：

-每个腔室的轴向长度

-腔室的外径

-供气道的直径

-带穿孔的供气道的长度

-供气道的穿孔尺寸

-供气道的穿孔数量

-障板的穿孔尺寸

-障板的穿孔数量

图3至图5示出了改变衰减器的一个或多个可调节参数以最佳地衰减进气道内的某些噪声和振动频率的一些效果。所有这些图均示出了相对于频率(F)所绘制的传输损耗(TL)的图形。频率范围为大约0-2000Hz，传输损耗处于0-40dB范围。本发明在500-2000Hz频率范围内提供了良好的衰减，而迄今为止很难在紧凑型装置内提供这样的衰减。

参照图3，出于比较的目的，线31表示由具有常规构造——通常为垂直于进气道并且长度为进气道直径的3至5倍的封闭管——的四分之一波长谐振器所提供的窄频带衰减。

带两个第二腔室的、呈图2所示的总体形状的谐振器具有流动直径为57.6mm的圆形进气道，以及内径为115.2mm的圆形同轴外罩(enclosure)。主腔室和每个副腔室均具有50mm的轴向长度。障板穿孔设置成具有10mm直径，通过增加这种穿孔的数量，可以使谐振器的频率响应如线(32、33)和方向箭头(34)所指示的那样向上并向右移动。

图4示出了在障板穿孔的数量固定不变的情况下、增加副腔室轴向长度、在具有相同形状和尺寸的谐振器中的效果。如线(42、43)和方向箭头(44)所指示的，谐振器的响应向左移动、长度增加。

图5示出了副腔室的总轴向长度不变、从单障板改变为双障板构造的效果。在此情况下，如线(52)和(53)以及箭头(54)所表示的，通过采用双障板，响应向上并向右移动。

可以理解，如上文指出的，存在许多种改变参数以及改变诸如管壁上的孔的形状和构型以及障板上的开口的形状和构型之类的其他特征的可能性。例如，孔可以为简单的孔(图6)的构型、或者具有通过穿孔(pie rcing)操作(图7)形成的喉部，这可以例如由副腔室呈现出不同的频率响应。因此，可以对谐振器进行调谐以提供所要求的频率响应。

图8图示了本发明第二实施方式的示意截面图，第二实施方式包括供气道(60)，该供气道(60)提供沿着由箭头(61)指示的方向的不受阻碍的空气流。衰减器包括与供气道同轴的渐缩的管状鼓形件(62)。供气道(60)和鼓形件(62)通常但不必需为圆形截面。鼓形件(62)具有垂直端板(63)、并且通过无孔环形壁(64)和位于该无孔环形壁(64)两侧的环形障板(65、66)而被分为4个腔室。

供气道经由孔(67)与构成主腔室的端部腔室(71、72)连通，每个主腔室(71、72)经由开口(68)与相关联的副腔室(73、74)连通。副腔室(73、74)紧紧相邻，由实体壁(64)隔离从而相互独立。基本没有穿过孔的流动产生，但是在孔的附近可能会出现少量湍流。

在一种组装方法中，鼓形件(62)由适当的塑料模制为带有较小端壁(63a)。包括供气道(60)、壁(64)、障板(65、66)和较大端壁(63b)的整体塑料模制件插入穿过鼓形件的口部、并以任意适当的方式例如超声波焊接或卡扣装配而密封至鼓形件的口部。

每个障板可借助于渐缩度而接合鼓形件的内表面，也可以座靠于肋部；如果有要求，可以提供适当的密封剂或粘合剂。

开口(68)无需如图示那样设置为穿过障板，而可以呈位于外周边缘处的切除部的构型，以便在将障板组装在外罩内时形成孔。该切除部可具有诸如“C”形或“U”形之类的规则对称形状，也可以是不规则的以适合制造过程——所要求的是这些切除部具有大致相同的横截面面积。

由第二实施方式所提供的以允许调谐的变量与关于第一实施方式所描述的一样，但额外地，主腔室和副腔室具有略微不同的共振频率，这允许共振频带的叠加(super-position)及增强的效果。

图9示出了图8所示示例的频率响应，该示例具有75mm的供气道内径，从位于一端的98mm的内径扩大至位于另一端的109mm的内径的锥形外罩，以及94mm的总长度。每个副腔室(73、74)具有20mm的长度；用于每个主腔室的孔(67)为8×15mm；用于每个腔室对的开口(68)为8×9mm。在图9中相对于频率绘制了传输损耗的图形。孔的尺寸可进行相当大的变化；在另一实施方式中，用于较小腔室(71)的孔为8×9mm，而用于较大腔室(72)的孔为4×9mm。

大腔室对(72、74)的单独响应包括约800Hz处的衰减峰值。较小腔室对(71、73)的衰减峰值在1000Hz处，其组合效果包括约1500Hz处的峰值。

如上文指出的，这些共振频率可以通过调节衰减器的参数来调谐，而不改变由该衰减器所限定的空间极限(space envelope)。如果空间允许，可以通过增大图8的构型的直径来增加传输损耗(衰减)，而无需增加总长度。

本实施方式描述为副腔室紧紧相邻，但它们也可能在最外侧，而主腔室沿轴向在内侧，或者设置为一个在端部处而一个朝向中央。这些可能性允许出于调谐目的的进一步调节。

图10中图示了用于调谐的可能性的示例，其中，通过仅仅使用于每个主腔室的15mm孔(67)的数量从2逐渐变化至8来改变图8所示的基本构型。

可以观察到，仅通过此措施，可以将衰减峰值从约700Hz移动至约1300Hz。

本发明的衰减器并不局限于与气道的基本直的或线性的部分一起使用。相反，本发明的有利实施方式涉及将衰减器设置在气道中的弯曲部处或者靠近气道中的弯曲部设置。通过示例的方式，图11图示了将衰减器设置在气道中的90度弯曲部处的设置。

在此实施方式中，障板相对于彼此成角度或倾斜以适应气道方向的变化。此外，衰减器壳体的横截面为大体方形或矩形，障板的尺寸根据它们在壳体内的布置而不同。在构型和功能方面与上文描述的设置不存在实质差异的这种装置可便利某些应用中的组装。

尽管已经参照内燃发动机中的应用描述了本发明，但也可以设想其他的非车用应用。本发明可以在其中有诸如空气之类的流体穿过管道的任意系统中提供有用的噪声衰减，而不局限于本文描述的设置和用途。

Claims (19)

1.一种衰减器，所述衰减器用于流体管道并且包括管、环绕所述管的外罩、以及环形障板，所述管具有壁、入口和出口，所述障板将所述外罩分成主腔室和副腔室，其中，所述管的内部经由管壁上的孔与所述主腔室流体连通，而所述副腔室经由所述障板上的开口与所述主腔室连通，并且其中，除了所述开口之外，所述副腔室是封闭的。

2.根据权利要求1所述的衰减器，其中，所述障板大致垂直于所述管的轴线。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述外罩的截面为大致圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述外罩沿着穿过所述管的流体流的方向具有大致为变化的截面。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述开口绕所述管大致等间隔。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述孔的总横截面积大于所述开口的总横截面积。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述外罩的最大横向尺寸小于所述管的最大横向尺寸的三倍。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述孔具有大致相等的横截面积，并且每个孔具有处于5-100mm²范围内的横截面积。

9.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述开口具有大致相等的横截面积，并且每个开口具有处于100-300mm²范围内的横截面积。

10.根据权利要求1所述的衰减器，具有限定两个副腔室的两个障板，所述两个副腔室分别与主腔室相关联。

11.根据权利要求10所述的衰减器，其中，所述副腔室设置成在主腔室的每一侧有一个所述副腔室。

12.根据权利要求10所述的衰减器，具有两个主腔室。

13.根据权利要求12所述的衰减器，其中，所述主腔室位于所述外罩的相对两端处。

14.根据权利要求10至13中的任意一项所述的衰减器，其中，所述副腔室具有不同的容积。

15.根据权利要求10至13中的任意一项所述的衰减器，其中，每个障板在其中具有相同数量和尺寸的开口。

16.根据权利要求10至13中的任意一项所述的衰减器，其中，所述主腔室和所述副腔室沿着穿过所述管的流体流的方向具有大致相同的长度。

17.根据权利要求1或权利要求2所述的衰减器，其中，所述外罩的最大轴向尺寸与横向尺寸比为5∶1或更小。

18.具有根据权利要求1至17中的任意一项所述的衰减器的发动机。

19.具有根据权利要求18所述的发动机的车辆。