CN107035580B - 内燃机的吸气声降低装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内燃机的吸气声降低装置，利用由于弹性部件(14)的一次共振和二次共振而产生的反共振来提高吸气声降低作用。在本发明的内燃机的吸气声降低装置中，连接于内燃机的吸气系统的吸气声降低装置具有经由连通管连接于吸气通路的波纹状的弹性部件(14)，能够得到作为亥姆霍兹型共振要素的吸气声降低作用，并且，还能够得到伴随弹性部件(14)的伸缩变形的吸气声降低作用。进一步，就弹性部件(14)而言，具有由于弹性部件(14)的伸缩而产生的一次共振，还具有由于端面壁(21)的膜振动而产生的二次共振，通过比较接近地设定两者的共振频率，能够得到反共振所带来的声压能量的降低作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低内燃机的吸气声的吸气声降低装置，特别地，涉及一种具备能够弹性变形的波纹状的容积室的吸气声降低装置。
背景技术
专利文献1公开了一种本申请的申请人先前提案的新形式的内燃机的吸气声降低装置。该吸气声降低装置如下构成：通过能够弹性变形的波纹状的弹性部件形成容积室，并且使该容积室经由作为亥姆霍兹型共鸣要素的首管的连通管连接于内燃机的吸气通路。所述弹性部件被收容在大气开放的圆筒状的壳体内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－124599号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
在如上所述的吸气声降低装置中，利用通过使容积室经由首管连接于吸气通路而构成的亥姆霍兹型共鸣要素的作用，降低了特定的频率范围的吸气声，并且，通过波纹状的弹性部件响应吸气脉动进行伸缩变形而降低了声压能量，由此，能够进一步降低第二特定的频率范围的吸气声。
在此，现有技术中认为波纹状的弹性部件的前端(自由端)的端面壁相当于波纹状弹性部件所形成的共振系统(振动系统)即弹簧-质量系统的质量，因此基本上考虑优选为刚体。但是，根据本申请人的进一步的研究，可以得知：通过将端面壁积极地用作产生膜振动的第二共振系统(振动系统)，将由于波纹状弹性部件的伸缩变形而产生的第一共振系统的共振频率和由于端面壁的膜振动而产生的第二共振系统的共振频率较为接近地设定，在两者之间的反共振区域能够实现更加良好的吸气声降低效果。也就是说，上述现有技术在吸气声降低作用方面仍然存在改良的余地。
(解决技术问题的技术方案)
本发明的内燃机的吸气声降低装置，其具备如下部件而构成，弹性部件，呈基端开口的同时前端被端面壁密封的大致圆筒状，并且，周壁弯曲形成为波纹状；基板，保持所述弹性部件的所述基端；连通管，一端与所述基板连接，以使得形成于所述弹性部件的内部的容积室连通于内燃机的吸气通路，所述内燃机的吸气声降低装置的特征在于，具备由于所述波纹状弹性部件的轴向的伸缩变形而形成的第一共振系统和由于所述端面壁的膜振动而形成的第二共振系统，任意一方的一次共振频率被设定为30～200Hz，另一方的二次共振频率被设定为50～300Hz。
在优选的一个技术方案中，所述一次共振频率和所述二次共振频率的间隔被设定为15～200Hz。
在上述的构成中，在第一共振系统或者第二共振系统的一方的一次共振频率和另一方的二次共振频率之间，通过反共振来降低吸气声。也就是说，能够通过反共振更大地消耗吸气声的能量。
为了使上述的两个共振系统以具有比较接近的共振频率的方式构成，在本发明的优选的一个技术方案中，所述端面壁以及所述周壁由相同的弹性材料形成。
在另一个技术方案中，所述端面壁由合成树脂板构成，通过由弹性材料构成的截面圆弧形的边缘部被支承于由弹性材料构成的所述周壁的端部外周部。
(发明的效果)
根据本发明，通过积极地利用波纹状弹性部件的前端的端面壁作为共振系统，利用两个共振频率之间的反共振能够有效地降低内燃机的吸气声。
附图说明
图1是示出具备本发明所涉及的吸气声降低装置的内燃机的吸气系统的立体图。
图2是将吸气声降低装置切去壳体的一部分而示出的立体图。
图3是弹性部件的立体图。
图4是弹性部件的半截面图。
图5是弹性部件的主要部分的放大截面图。
图6是示意性示出两个共振频率和反共振区域的说明图。
图7是对本发明的实施例以及比较例中的端面壁的加速度的特性(A)和声压的特性(B)进行对比而示出的特性图。
图8是示出使端面壁为弹性材料的层和合成树脂板的层叠构造的实施例的弹性部件的主要部分截面图。
图9是示出由合成树脂板构成端面壁的实施例的弹性部件的主要部分截面图。
符号说明
1…吸气声降低装置
11…连通管
12…基板
13…壳体
14…弹性部件
21…端面壁
24…容积室。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一实施例进行详细说明。
图1示出具备本发明所涉及的吸气声降低装置1的汽车用内燃机的吸气系统。内部具备空气滤芯的空气滤清器2，其空气滤芯的下游侧即所谓的过滤侧经由具有挠性的吸气导管3连接于图外的内燃机，其空气滤芯的上游侧即所谓的灰尘侧连接有由硬质合成树脂成形品构成的外气导入导管4。外气导入导管4的前端作为外气导入口4a而开口，自此取入的外气通过空气滤清器2之后，经由吸气导管3被导入内燃机。
在该实施例中，外气导入导管4构成自外气导入口4至内燃机的吸气通路的一部分，吸气声降低装置1连接于外气导入导管4的侧面，实现了从外气导入口4a向外部泄漏的吸气声(伴随吸气的脉动的脉动声和伴随吸气的流动的气流声等)的降低。详细而言，在合成树脂制的外气导入导管4上，以向与吸气主流的流动大致正交的方向分岔的形式形成有分歧管5，吸气声降低装置1连接于该分歧管5。
亦如图2所示，吸气声降低装置1大致由中心部具备嵌合连接于所述分歧管5的连通管11的圆形(更详细而言为圆环状)的基板12、在一端13a嵌合有该基板12的圆筒状的壳体13和收容在该壳体13内的波纹状的弹性部件14构成。
所述基板12例如与连通管11一体地由硬质合成树脂成形，在轴向立起的外周缘部12a的内周嵌合有壳体13的一端13a。连通管11与分歧管5一起构成所谓的亥姆霍兹型共鸣要素的首管，与分歧管5组合的状态下的管长和口径根据所希望的共鸣频率来设定。
所述壳体13由例如硬质合成树脂成形品构成，在靠近嵌合于基板12的外周缘部12a内周的一端13a的部位，圆环状地形成有与所述外周缘部12a在轴向上相接而进行定位的凸缘部16，同时，在另一端13b具备端部壁17。该端部壁17沿着与壳体13的轴向正交的面覆盖壳体13的外周侧部分，另一端13b的中心部作为圆形的连通口18而开口。因此，壳体13的内部经由连通口18成为大气开放的状态。所述连通口18被与端部壁17连续的比较短的圆筒部19包围。此外，该壳体13基本上用于保护弹性部件14来避免其与外部接触，并非作为吸气声降低装置而必需的部件。
亦如图3、图4所示，弹性部件14呈基端14a(参照图4)开口的同时前端14b被密封的大致圆筒状，周壁14c弯曲形成为波纹状。该弹性部件14通过具有适当的弹性的橡胶或弹性体例如热塑性弹性体一体地成形而成，成为密封端的前端14b形成为平坦的圆板状的端面壁21。在该实施例中，端面壁21通过与周壁14c相同的热塑性弹性体与周壁14c一体成形，并且被设定为能够进行所谓的膜振动的壁厚以及刚性。
另外，在成为开口端的基端14a圆环状地形成有相对厚壁地形成的安装凸缘22。该安装凸缘22具有比较紧密地嵌合于基板12的外周缘部12a的内侧的外径，该安装凸缘22被夹持在基板12和壳体13的一端13a之间，由此，弹性部件14被固定/保持于基板12。在安装凸缘22的与基板12的接触面上形成有密封突起23。
在将弹性部件14安装于基板12的状态下，形成在弹性部件14的内部的容积室24成为被从壳体13内侧的空间遮断的密闭空间，并且经由基板12的连通管11与外气导入导管4内的吸气通路连通。
弹性部件14的周壁14c的外径被设定为比壳体13的内径稍小，另外，弹性部件14的前端14b位于从壳体13的端部壁17适当地离开的位置。因此，就弹性部件14而言，能够在基端14a被固定于基板12的状态下，前端14b作为自由端在壳体13内自由地进行伸缩变形。
图4以及图5示出周壁14c的具体的构成的一例。如图4所示，在该实施例中，在安装凸缘22和端面壁21之间，交互形成有n个(例如10个)山部31和(n-1)个(例如9个)谷部32，由此，周壁14c形成为波纹状。n个山部31均具有相同的截面形状，(n-1)个谷部32均具有相同的截面形状。并且，如图5放大所示，彼此邻接的山部31和谷部32之间通过相对于弹性部件14的中心轴线倾斜的锥形壁33分别连接。如图5所示，该锥形壁33在截面中直线状延伸。弹性部件14为使如图4以及图5所示的截面形状以中心轴线为中心进行旋转而形成的旋转体形状，因此，锥形壁33严格来说为宽度窄的圆环状的圆锥面。如果着眼于一个山部31的话，则在其上下两侧存在一对锥形壁33，这两个锥形壁33夹着山部31而呈彼此对称的形状。
另外，山部31的顶部形成为与弹性部件14的中心轴线平行的直线部35，同样地，谷部32的顶部也形成为与弹性部件14的中心轴线平行的直线部36。也就是说，如图5所示，就山部31而言，作为截面形状，在A1点以及A2点这两点弯曲，包括两侧的两个锥形壁33在内而构成梯形状的截面形状。同样地，就谷部32而言，作为截面形状，在A3点以及A4点这两点弯曲，包括两侧的两个锥形壁33在内而构成梯形状的截面形状。在此，如果作为截面形状观察的话，则山部31的梯形形状和谷部32的梯形形状呈相同的形状。此外，除了安装凸缘22之外，周壁14c的各部分的壁厚基本上为固定。
在此，为了使弹性部件14的轴向的变形或者振动容易，优选的是，锥形壁33的倾斜角度α(相对于与弹性部件14的中心轴线正交的平面的角度)为比较小的角度，例如，优选的是25°以下。
根据如上所述的周壁14c的构成，当山部31的直线部35以及谷部32的直线部36作为立体形状观察时，均为长度短的圆筒状的构成，因此，为在径向上难以产生变形的部位。也就是说，为部分地提高了径向的刚性的高刚性部。并且，当容积室24的内压变化时，将山部31的直线部35和谷部32的直线部36相连接的锥形壁33以弯曲点A1～A4为中心进行摇动，因此，弹性部件14基本上仅在轴向上产生伸缩变形。其结果是，相对于吸气脉动，能够得到较大的轴向的振幅，并且能够得到更加有效的吸气声降低作用。换言之，成为如下构成：圆环状的高刚性部在轴向上分开地存在多个，能够摇动变形的锥形壁33将上述的高刚性部之间相连接，因此，抑制了径向的位移的同时容许了轴向的自由的变形，相对于声压变化，能够得到更大的振幅。
另一方面，弹性部件14的前端14b中的端面壁21能够以与其外周缘21a即周壁14c前端的连结点为波节进行响应于吸气脉动的膜振动。
作为如上构成的吸气声降低装置1的基本的作用，以适当的容积设定的容积室24经由成为首管的连通管11以及分歧管5连接于内燃机的吸气通路，因此，构成了所谓的亥姆霍兹型共鸣要素，通过该共鸣作用降低了特定的频率范围内的吸气声。此外，以在所希望的频率范围得到吸气声降低作用的方式调整容积室24的容积等。在一实施例中，在比较高的频率范围例如200～400Hz附近能够得到由该亥姆霍兹型共鸣要素所带来的吸气声降低，例如能够降低直列四气缸内燃机的3000～6000rpm范围内的旋转四次成分的噪音。
另外，同时，吸气脉动被导入容积室24内的结果是，弹性部件14在轴向上产生伸缩变形，并且，声压能量被转换为弹性部件14的运动能量。由此，在特定的频率范围内仍然能够得到吸气声降低作用。进一步，响应被导入容积室24内的吸气脉动，端面壁21产生膜振动，同样地，声压能量被转换为弹性部件14的运动能量。由此，仍然能够得到吸气声降低作用。
也就是说，在上述实施例中，由于周壁14c形成波纹状而产生了弹性部件14的轴向的伸缩变形，由于该伸缩变形而构成第一共振系统(振动系统)，同时，通过端面壁21的膜振动而构成第二共振系统(振动系统)。并且，两者的共振频率被设定为相互比较接近，由此，在两个共振频率之间能够得到反共振所带来的吸气声的大幅的降低。
图6是示意性示出该作用的图，纵轴为弹性部件14的振幅即端面壁21的振幅，横轴为频率(相当于内燃机的旋转速度)。如果将第一共振系统以及第二共振系统的任意一方的共振频率设为一次共振频率P1，将另一方的共振系统的共振频率设为二次共振频率P2的话，则在两者之间产生反共振区域AR，大大降低了声压能量。
为了得到反共振作用，需要一次共振频率P1和二次共振频率P2比较接近。在一实施例中，通过由于波纹状的周壁14c的伸缩而形成的第一共振系统来决定一次共振频率，该一次共振频率被设定为30～200Hz。另外，通过由于端面壁21的膜振动而形成的第二共振系统来决定二次共振频率的峰值P2，该二次共振频率被设定为比一次共振频率稍高的50～300Hz。附带一提，直列四气缸内燃机中显著的旋转二次成分的吸气脉动在1500rpm时为50Hz、在3000rpm时为100Hz。另外，一次共振频率和二次共振频率的间隔被设定为15～200Hz。
通过变更弹簧-质量系统的相当于弹簧的周壁14c、端面壁21的弹性(弹簧常数)以及相当于质量的端面壁21的重量、壁厚或者弹性部件14的材质等，能够适当地调整各个共振频率。
图7示出上述的一次共振频率和二次共振频率的组合的几个例子。在该图中，使横轴为内燃机旋转速度及其旋转二次成分的频率，对比示出端面壁21的加速度的特性(图7的(A))和外气导入口4a中的声压的特性(图7的(B))。特性a为如下样式的例子：使周壁14c的刚性为中等程度的同时使端面壁21的刚性较高，分别将波纹形状所产生的一次共振频率P1a设定为约59Hz、将端面壁21所产生的二次共振频率P2a设定为约177Hz。特性b为如下样式的例子：使周壁14c的刚性为中等程度的同时使端面壁21的刚性为中等程度，分别将波纹形状所产生的一次共振频率P1b设定为约57Hz、将端面壁21所产生的二次共振频率P2b设定为约119Hz。特性c为如下样式的例子：使周壁14c的刚性较低的同时使端面壁21的刚性较低，分别将波纹形状所产生的一次共振频率P1c设定为约46Hz、将端面壁21所产生的二次共振频率P2c设定为约92Hz。图7的(B)中的特性d示出不具备吸气声降低装置1的情况的吸气声特性。
如图7明确所示，由于弹性部件14以具有一次共振频率和二次共振频率的方式而构成，因此，在两个共振频率之间的反共振区域内能够得到吸气声降低效果。例如，能够有效地降低作为内燃机的常用旋转区域的1500～4000rpm附近的吸气声。此外，如从特性a、b、c的比较中明确示出，如果两个共振频率比较接近地存在的话，则能够得到更强的反共振所产生的消音作用。在两个共振频率相差大于200Hz的情况下，几乎无法得到由于具有两个共振频率而产生的反共振的作用。另一方面，如果两个共振频率的间隔短于15Hz的话，则与实际上具有一个共振频率的情况没有很大的差别，无法较宽范围地得到成为消音对象的内燃机旋转速度。因此，优选的是，一次共振频率和二次共振频率的间隔为15～200Hz。
接着，基于图8以及图9对变更了端面壁21的构成的其他实施例进行说明。
在图8的实施例中，对波纹状弹性部件14的前端14b进行密封的圆板状的端面壁21构成为内侧层21A和外侧层21B的双层构造，所述内侧层21A由与周壁14c相同的材料(例如热塑性弹性体)一体地成形，所述外侧层21B由粘贴在所述内侧层21A的外侧面的薄合成树脂板构成。成为外侧层21B的合成树脂板在弹性部件14的成形时通过所谓的插入成形被一体地安装于弹性部件14。此外，由比较硬质的合成树脂构成的外侧层21B，如果为相同壁厚的话则刚性比内侧层21A和周壁14c高，而作为端面壁21以构成具有所希望的共振频率的共振系统的方式形成为比较薄壁。
在图9的实施例中，对波纹状弹性部件14的前端14b进行密封的端面壁21由呈直径比周壁14c的谷部32的直径小的圆形的比较硬质的合成树脂板构成，并且经由边缘部41连结于由弹性材料构成的周壁14c的端部外周部。边缘部41由和周壁14c相同的材料(例如热塑性弹性体)以与周壁14c的端部外周部连续的方式而形成，并且，以容许向端面壁21的轴向的位移的方式具有凹陷为截面圆弧形(换言之，C字形或者U字形)的形状。边缘部41在平面观察中圆环状连续，合成树脂板的全周经由边缘部41被支承。因此，刚性比较高的端面壁21以经由边缘部41平行移动的方式产生位移/振动。此外，成为端面壁21的合成树脂板在弹性部件14的成形时(换言之边缘部41的成形时)通过所谓的插入成形被一体地安装于弹性部件14。
以上，对本发明的一实施例进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，能够进行各种变更。例如，弹性部件14的波纹状的周壁14c的构成并不限于图4、图5中示出的特定的构成，能够应用各种波纹形状。另外，在上述实施例中，将使用了弹性部件14的吸气声降低装置1连接于吸气系统的外气导入导管4，但也可以在吸气系统的其他的位置连接吸气声降低装置1。
Claims (4)
1.一种内燃机的吸气声降低装置，
其具备如下部件而构成：
弹性部件，呈基端开口的同时前端被端面壁密封的大致圆筒状，并且，周壁弯曲形成为波纹状；
基板，保持所述弹性部件的所述基端；
连通管，一端与所述基板连接，以使得形成于所述弹性部件的内部的容积室连通于内燃机的吸气通路；
所述内燃机的吸气声降低装置的特征在于，
具备由于波纹状弹性部件的轴向的伸缩变形而形成的第一共振系统和由于所述端面壁的膜振动而形成的第二共振系统，
任意一方的一次共振频率被设定为30～200Hz，另一方的二次共振频率被设定为50～300Hz，
周壁由山部、锥形壁和谷部形成，山部和谷部的顶部分别形成为直线部。
2.根据权利要求1所述的内燃机的吸气声降低装置，其特征在于，
所述一次共振频率和所述二次共振频率的间隔被设定为15～200Hz。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的吸气声降低装置，其特征在于，
所述端面壁以及所述周壁由相同的弹性材料形成。
4.根据权利要求1所述的内燃机的吸气声降低装置，其特征在于，
所述端面壁由合成树脂板构成，通过由弹性材料构成的截面圆弧形的边缘部而被支承于由弹性材料构成的所述周壁的端部外周部。
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