CN105722705A - 用于进气系统的高频消声器 - Google Patents

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Abstract

一种包括过滤介质的过滤组件，该过滤介质的尺寸设计成定位在进气系统内。该过滤介质具有第一侧和第二侧，该第二侧与该第一侧实质上相对。过滤组件包括吸声泡沫层，该吸声泡沫层定位成与过滤介质的第一侧和过滤介质的第二侧之一相邻。吸声泡沫包括在其内的多个穿孔。该多个穿孔允许空气流过过滤介质和吸声泡沫层。

Description

用于进气系统的高频消声器
相关申请交叉引用
本申请涉及2013年11月19日提交的、申请号为61/906,292、名称为“highfrequencysilencerforanairinductionsystem(用于进气系统的高频消声器)”的美国临时专利申请，以及2014年2月21日提交的、申请号为61/943,087、名称为“HIGHFREQUENCYSILENCERFORANAIRINDUCTIONSYSTEM(用于进气系统的高频消声器)”的美国临时专利申请，该两篇申请都以整体引用的方式纳入本文并用于所有目的。
技术领域
本申请涉及进气系统。更具体地，本申请涉及其内包括噪声降低组件的进气系统。
背景技术
涡轮增压器的压缩机部分产生高频声音，该高频声音与压缩机的叶片通过频率相关。该声音一般在6kHz-12kHz范围内。在过去，这种声音是很不明显的。然而，最近由于车辆的其他噪音源已经减少，因此压缩机的噪声变成大问题。
为了解决上文指出的噪声问题，一种常规的系统包括总的来说基于管的组件，例如内衬管，其可以称为管道消声器。这种组件在其外壁上具有泡沫衬里，并具有将管道截面区域分为多个部分的径向分区。这种系统对于前述高频可能是有效的，但消声器的管道分区的内径必须是声波波长(直径大约一英寸)的量级。因为进气系统的入口和出口管的直径通常是这种尺寸的数倍，因此需要分区或其它特征来实现所需的较小的有效直径。因为各分区含有大量的盲孔、四分之一波长谐振器，所以各分区是相当厚的(例如，约3/8")。总截面积的减少，与用来包含泡沫的周向肋相结合，引起在高空气流速下的非常高的压降，从而降低了整个发动机的性能。
用于解决噪声问题的另一常规布置包含覆盖空气过滤器壳体的内部的各部分。空气过滤器壳体的这些部分可以由消声或减震泡沫或其它材料覆盖。已经观察到，这种布置不是很有效，除非使用大量的吸声材料。然而，使用这种大量的材料从包装的角度来看是令人望而生畏的。
发明内容
为了进气系统提供的各实施例包括穿孔吸声材料，该穿孔吸声材料结合空气过滤元件使用，从而降低涡轮增压发动机内的由压缩机产生的高频噪音。根据这些实施例，涡轮增压器的压缩机部分的声音降低可以达到的水平至少与由常规消声器实现的水平相当，其中本文所讨论的布置导致压降低于传统消声器中观察到的压降。在具体实施例中，6kHz-12kHz频率的声音可以实现8分贝(dB)声压水平(SPL)的压降。
一个实施例涉及过滤组件。所述过滤组件包括过滤介质和吸声泡沫层。所述过滤介质的尺寸设计成定位在进气系统内。所述过滤介质具有第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧实质上相对。所述吸声泡沫层定位成与所述过滤介质的所述第一侧和所述过滤介质的所述第二侧之一相邻。所述吸声泡沫包括在其内的多个穿孔。所述多个穿孔允许空气流过所述过滤介质和所述吸声泡沫层。
另一实施例涉及一种过滤组件。所述过滤组件包括过滤介质和多个吸声泡沫带。所述过滤介质的尺寸设计成定位在进气系统内。所述过滤介质具有第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧实质上相对。所述多个吸声泡沫带定位成与所述过滤介质的所述第一侧和所述过滤介质的所述第二侧之一相邻。所述多个带相互间隔开，从而允许空气流过所述过滤介质并通过所述吸声泡沫层。
另一实施例涉及一种用于内燃机的进气系统。所述系统包括过滤组件和涡轮增压器。所述过滤组件具有过滤介质和吸声泡沫。所述过滤介质包括干净侧和脏侧，该脏侧与所述干净侧实质上相对。所述脏侧配置来接收未过滤的空气，以及所述干净侧配置来输出已过滤的空气。所述吸声泡沫定位成与所述过滤介质的所述干净侧和所述过滤介质的所述脏侧之一相邻。所述涡轮增压器配置来将已过滤的空气提供给所述内燃机。所述涡轮增压器定位在所述过滤介质的所述干净侧的下游。
在结合附图并通过以下详细描述，这些特征和其它特征以及其组织和操作方式将会变得清楚。
附图简要说明
图1是根据示例实施例的进气系统的简化剖视图。
图2-4示出图1的进气系统的吸声泡沫的不同立体图。
图5和6示出详细显示图1-4的吸声泡沫的声音衰减性能的不同曲线。
图7-9示出进气系统壳体内的其它消声泡沫的布置。
具体实施方式
总体上参照附图，本文公开的各实施例涉及用于进气系统的吸声系统。吸声系统可以包括一片吸声泡沫。吸声泡沫可以布置在进气系统的空气过滤元件的“干净”(已过滤)侧。吸声泡沫优选可以是穿孔的，从而吸声泡沫最小地限制空气从进气系统流至其他组件(例如，内燃机的燃烧室、涡轮增压器或增压器的压缩部分等)。可将穿孔的尺寸设计成和将穿孔布置成阻尼高频声音(例如，频率约为6kHz-12kHz的声音)。
参照图1，根据示例实施例的进气系统100的简化剖视图被示出。进气系统100可以布置成将干净空气提供给内燃机的各组件。因此，进气系统100包括空气过滤元件102。空气过滤元件102被配置来清洁空气(流动箭头104所示)，从而将清洁空气提供至组件，诸如涡轮增压器106的压缩机侧。涡轮增压器106的压缩机可能产生高频噪音。该噪音可以是约6kHz-12kHz的量级。该噪音可以向下进入进气系统100的管道。
进气系统100包括吸声泡沫108。如图1所示，吸声泡沫108位于进气系统100的空气路由管内的空气过滤元件102的“干净”(已过滤)侧。然而，在其它实施例中，吸声泡沫108可以布置在空气过滤元件102的相反侧(即位于进气系统100的“脏”侧或未过滤侧)。吸声泡沫108可以直接布置在空气过滤元件102表面或可以与空气过滤元件102间隔开。吸声泡沫108可以直接粘接至过滤元件102，或其可以用作独立的面板，该独立的面板是空气过滤器壳体的一部分。吸声泡沫108是可活动的和可更换的。吸声泡沫108可以具有约1英寸的厚度。
图2-图4示出吸声泡沫108的不同立体图。如图2-4所示，吸声泡沫108被穿孔而具有开口202。具体实施方案中，每一个开口202的直径约为一英寸，并相隔很近，从而这些开口占据吸声泡沫108的表面的整个面积的约40％-50％，这导致表面的整个面积的约40％-50％的范围是开放区域，从而允许空气穿过吸声泡沫108，而不存在显著阻碍。例如，7.5"×10.75"的面板其中将具有约60个开口202。在其它实施例中，开口202的直径约0.75英寸并间隔开使得这些开口占据吸声泡沫108的表面的整个面积的约35％-40％，从而该表面的整个面积有约35％-40％孔隙率。在这种布置中，9"×10"面板中将有约77个开口202。每一个开口202允许干净、已过滤的空气穿过，同时吸收上述噪音的至少一部分。因此，每个开口202可以用作一个小衬管消声器。各个开口202可以具有任何尺寸或形状，但其尺寸与泡沫的厚度相关，从而提供对约束来说足够的声学性能。
参照图1，吸声泡沫108位于吸声系统100的具有相对低的空气流速的部分(即，在壳体的比涡轮增压器106的压缩机的入口宽的部分)。因此，由吸声泡沫引起的可观察的压降可能比传统的消声器低。在发动机上的可观察到的压降可能小于0.5"水柱(0.12kPa)。这比由传统的管基消声器系统引起的可观察到的压降低得多，一些管基系统可观察到的压降可能高达18"水柱(4.4kPa)。在其它布置中，由吸声泡沫引起的可观察到的压降可能在约0.5"水柱之间，以及管基消声器的压降可能超过10"水柱。
参照图5和图6，从试验台测试设置(即，这些图不是示出在内燃机使用过程中收集的数据)示出吸声泡沫108的消声性能的各曲线图被示出。如图5所示，进气系统内的穿孔泡沫(例如消声泡沫108)的消声效果可能在6kHz-12kHz范围内引起约8-11分贝的压降。如图6所示，在6kHz-12kHz范围内(标示为范围602)发出的声音可能高达约70分贝。
参照图7-9，进气系统壳体内的其它泡沫布置被示出。图7示出定位在过滤元件102上方的倾斜的吸声泡沫板702。图8和9示出定位在过滤元件102上方的多个吸声泡沫带802。多个带802相互间隔开，从而允许空气流过过滤介质并通过吸声泡沫。在图9的布置中，多个带802的每一个各自相对于过滤介质的表面倾斜成非直角。
应当指出的是，本文用来描述各种实施例的术语“示例性”旨在表示该实施例是可能的示例、代表和/或可能的实施例的说明(以及这些术语并不意在暗示该实施例是特别的或最好的)。
本文所用的术语“联接”，“连接”等意在表示两个构件相互直接或间接接合。这种接合可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如可移动的或可释放的)。这种接合可以由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互整体形成单个整体来实现，或由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件与这两个构件或这两个构件和任意附加的中间构件相互连接来实现。还应理解的是，在使用术语“大致”和“约”的地方，确定的尺寸和/或范围旨在覆盖本领域可理解的由于标准制造和/或组装公差而导致的稍微变化。
本文引用的元件的位置(例如，“顶部”，“底部”，“上”，“下”等)仅仅用于描述附图中各元件的方向。应当指出的是，各种元件的方向可以根据其它示例性实施例而不同，并且这种变化被考虑为由本公开所涵盖。
需要特别注意的是，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。尽管只有几个实施例在本公开被详细描述，本领域的技术人员在阅读了本公开的内容之后将容易理解，不实质性脱离本文描述的主题的新颖性教导和优点的许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如，示出为整体形成的各元件可以由多个部件或元件构成，各元件的位置可以被相反或以其他方式改变，以及离散元件的性质、数目或位置可以改变或变化。任何加工步骤或方法步骤的顺序或序列可以根据各优选实施例来改变或重新排序。各示例性实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围内做出其他各种替换、修改、变化和省略。

Claims (22)

1.一种过滤组件，其特征在于，包括：
过滤介质，所述过滤介质的尺寸设计成定位在进气系统内，所述过滤介质具有第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧实质上相对；以及
吸声泡沫层，所述吸声泡沫层定位成与所述过滤介质的所述第一侧和所述过滤介质的所述第二侧之一相邻，所述吸声泡沫包括在其内的多个穿孔，所述多个穿孔允许空气流过所述过滤介质和所述吸声泡沫层。
2.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述多个穿孔的每一个的直径约为1英寸。
3.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述多个穿孔的每一个的直径约为3/4英寸。
4.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫层被穿孔，使得所述穿孔覆盖所述吸声泡沫层的表面的约40％-50％，从而所述表面的整个面积的40％-50％的范围是开放区域。
5.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫层被穿孔，使得所述穿孔覆盖所述吸声泡沫层的表面的约35％-40％，从而所述表面的整个面积的35％-40％的范围是开放区域。
6.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述第一侧是配置来接收未过滤空气的脏侧，以及其中所述第二侧是配置来输出已过滤空气的干净侧。
7.根据权利要求6所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫放置成与所述过滤介质的所述第二侧相邻。
8.根据权利要求6所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫放置成与所述过滤介质的所述第一侧相邻。
9.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫层直接粘接到所述过滤介质的所述第一侧和所述过滤介质的所述第二侧之一。
10.根据权利要求1所述的过滤组件，其特征在于，所述吸声泡沫层定位在所述进气系统的第一部分，所述第一部分具有比所述进气系统的第二部分宽的宽度，所述进气系统的第二部分将已过滤的空气提供给组件。
11.一种过滤组件，其特征在于，包括：
过滤介质，所述过滤介质的尺寸设计成定位在进气系统内，所述过滤介质具有第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧实质上相对；以及
多个吸声泡沫带，所述多个吸声泡沫带定位成与所述过滤介质的所述第一侧和所述过滤介质的所述第二侧之一相邻，所述多个带相互间隔开，从而允许空气流过所述过滤介质并通过所述吸声泡沫层。
12.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述多个带的每一个相对于所述过滤介质的表面以非直角倾斜。
13.一种用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述系统包括：
过滤组件，所述过滤组件具有过滤介质和吸声泡沫，所述过滤介质包括干净侧和脏侧，所述脏侧与所述干净侧实质上相对并配置来接收未过滤的空气以及所述干净侧配置来输出已过滤的空气，所述吸声泡沫定位成与所述过滤介质的所述干净侧和所述过滤介质的所述脏侧之一相邻；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器配置来将已过滤的空气提供给所述内燃机，所述涡轮增压器定位在所述过滤介质的所述干净侧的下游。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫在其内包括多个穿孔，所述多个穿孔允许空气流过所述过滤介质和所述吸声泡沫。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多个穿孔的每一个的直径约为1英寸。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫层被穿孔，使得所述穿孔覆盖所述吸声泡沫层的表面的约35％-40％，从而所述表面的总面积的35％-40％的范围是开放区域。
17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫定位成与所述过滤介质的所述干净侧相邻。
18.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫定位成与所述过滤介质的所述脏侧相邻。
19.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫层直接粘接到所述过滤介质的所述干净侧和所述过滤介质的所述脏侧之一。
20.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸声泡沫包括多个吸声泡沫带。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述多个带相互间隔开，从而允许空气流过所述过滤介质并通过所述吸声泡沫。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述多个带相对于所述过滤介质的表面以非直角倾斜。
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