CN108571406A

CN108571406A - 消声装置

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Publication number: CN108571406A
Application number: CN201810001933.0A
Authority: CN
Inventors: 森崇; 山本恭平
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2038-01-02
Also published as: JP2018145950A; JP6514727B2; US10823122B2; CN108571406B; US20180258891A1

Abstract

消声装置(1)具有：涡轮前进气管(23)，其与对吸入至发动机(10)的吸入空气进行增压的涡轮增压器(40)连通，将吸入空气导入至该涡轮增压器(40)；侧枝部(70)，其配置于涡轮前进气管(23)，将涡轮气流声消声；以及热交换器(80)，其配置于涡轮前进气管(23)，在经由涡轮前进气管(23)导入的吸入空气与对发动机(10)进行冷却的发动机冷却水之间进行热交换，将吸入空气加热(升温)。

Description

消声装置

技术领域

本发明涉及一种消声装置，特别是涉及对因用于发动机的增压器而引起的气流声进行消声的消声装置。

背景技术

当前，为了增大发动机的输出，使用对吸入空气(进气)进行增压的涡轮增压器等增压器。另外，近年来，作为确保发动机的动力性能(输出)且将发动机小型化(降低排气量)、改善燃料消耗率(油耗)的技术，涡轮增压器等增压器受到关注(所谓的小型涡轮增压器)。

但是，在搭载有涡轮增压器的发动机中，吸入空气在增压时从压缩机翼片反向流动，气流声(涡轮气流声)从进气管、吸入口辐射，有时在车室内被判断为异响。为了减弱这种涡轮气流声，例如，已知在进气管设置有侧枝部(side branch)、共鸣器等消声器的发动机(增压器)(例如，参照专利文献1)。

这里，专利文献1中公开有如下发动机的进气装置，该发动机的进气装置将多个共鸣管(消声器)以不会使加油口盖的操作性变差的方式安装于进气管道。更详细而言，在该发动机的进气装置中，在具有涡轮增压器的发动机的上部将加油口盖和空气滤清器以在车辆宽度方向上接近的状态配置，使得将外部空气向空气滤清器导入的进气管道从空气滤清器向与加油口盖在车辆前后方向上重叠的位置延伸，其中，使进气管道在空气滤清器与加油口盖之间的空间内弯曲而向车辆前方延伸，在介于进气管道的加油口盖与空气滤清器之间的部分将共鸣频率不同的多个共鸣管安装为分别从进气管道的上表面部向上方延伸。

根据该发动机的进气装置，在具有涡轮增压器的发动机上部的空间内将加油口盖和空气滤清器以接近的状态配置的情况下，也能够加长进气管道而将多个共鸣管安装于进气管道，能够减弱进气噪声(涡轮气流声)。

专利文献1：日本特开2012-127330号公报

如上所述，根据专利文献1的发动机的进气装置，通过在进气管道设置共鸣管(消声器)而能够减弱进气噪声(涡轮气流声)。然而，在该发动机的进气装置中，因设置消声器，有可能进气的压力损失增大，发动机的动力性能(输出、扭矩)降低。

发明内容

本发明就是为了消除上述问题而提出的，其目的在于提供能够防止发动机动力性能降低、且能够将由增压器引起的气流声消声的消声装置。

本发明所涉及的消声装置的特征在于，具有：进气管，其与对吸入至发动机的吸入空气进行增压的增压器连通，将吸入空气导入至该增压器；消声器，其配置于进气管，将气流声消声；以及加热单元，其配置于进气管，对经由进气管导入的吸入空气进行加热。

根据本发明所涉及的消声装置，在将吸入空气导入至增压器的进气管配置有消声器，因此利用该消声器将因增压器而引起的气流声消声。另外，在上述进气管配置有对经由该进气管而导入的吸入空气进行加热的加热单元，因此利用该加热单元对吸入空气进行加热(升温)，从而降低摩擦损失，降低消声器的压力损失。因而，发动机的动力性能的降低得到抑制。其结果，能够防止发动机动力性能降低、且将增压器的气流声消声。此外，作为上述消声器，优选采用通过干涉作用将气流声消声的干涉型消声器、或者通过共鸣作用将气流声消声的共鸣型消声器。

在本发明所涉及的消声装置中，优选上述加热单元是在吸入空气与温度高于吸入空气的液体之间进行热交换的热交换器。

在该情况下，在吸入空气与温度高于吸入空气的高温的液体(例如，发动机冷却水、发动机油、变速器油等)之间进行热交换。因此，能够利用温度较高的液体对吸入空气进行加热(升温)。

在本发明所涉及的消声装置中，优选上述热交换器在吸入空气与对发动机进行冷却的发动机冷却水之间进行热交换。

在该情况下，在吸入空气与发动机冷却水之间进行热交换。因此，能够利用因来自发动机的热而变为高温的发动机冷却水对吸入空气进行加热(升温)。

优选本发明所涉及的消声装置具有第2冷却水配管，该第2冷却水配管的一个端部与热交换器连接，另一个端部与将发动机和散热器连通的第1冷却水配管连接。

在该情况下，能够从通过在发动机冷却水与外部空气之间进行热交换而将发动机的热释放至外部空气的散热器的上游侧将发动机冷却水导入。因此，能够利用由散热器冷却之前的温度较高的发动机冷却水对吸入空气进行加热(升温)。

在本发明所涉及的消声装置中，优选上述增压器包含中间冷却器，该中间冷却器配置于增压器的下游，对由增压器压缩后的吸入空气进行冷却。

在该情况下，由加热单元(热交换器)加热(升温)、且由增压器压缩而升温的吸入空气被中间冷却器冷却。因而，能够提高发动机的填充效率，能够兼顾发动机动力性能的确保和气流声的减弱。

在本发明所涉及的消声装置中，上述消声器与进行消声的气流声的频带相应地设置有多个。

在该情况下，与要消声的气流声的频带相应地设置多个消声器，因此能够确保发动机动力性能、且对频带不同的多种气流声进行消声。

在本发明所涉及的消声装置中，作为上述增压器，能够优选使用涡轮增压器，该涡轮增压器具有：涡轮，其设置于发动机的排气管上；以及压缩机，其设置于进气管上，通过轴而与涡轮连接，该涡轮增压器利用废气的能量而对吸入空气进行增压。

发明的效果

根据本发明，能够防止发动机动力性能降低、且将由增压器引起的气流声消声。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的消声装置、以及具有该消声装置的发动机的结构的图。

图2是表示设置有实施方式所涉及的消声装置的涡轮前进气管的外观的斜视图。

图3(a)是表示设置有实施方式所涉及的消声装置的涡轮前进气管的外观的后视图，图3(b)是主视图，图3(c)是俯视图。

图4是图3(c)的沿着IV-IV线的剖视图。

标号的说明

1 消声装置

10 发动机

20 进气管

23 涡轮前进气管

30 排气管

40 涡轮增压器

40a 压缩机

40b 涡轮

40c 旋转轴

50 中间冷却器

60 散热器

61 第1冷却水配管

62 第2冷却水配管

70A、70B、70C 侧枝部

80 热交换器

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，附图中针对相同或相当的部分使用相同的标号。另外，在各图中，对相同的要素标注相同的标号并将重复的说明省略。

首先，一并利用图1～图4对实施方式所涉及的消声装置1的结构进行说明。图1是表示涡轮气流声的消声装置1、以及具有该消声装置1的发动机10的结构的图。图2是表示设置有消声装置1的涡轮前进气管23的外观的斜视图。另外，图3(a)是表示设置有消声装置1的涡轮前进气管23的外观的后视图，图3(b)是主视图，图3(c)是俯视图。图4是图3(c)的沿着IV-IV线的剖视图。

发动机10可以为任何形式，例如是水平相对型的4气缸汽油发动机。另外，发动机10是向气缸内(缸内)直接喷射燃料的缸内喷射式的发动机。发动机10利用涡轮增压器40对吸入空气进行增压，能够实现高输出化及/或低油耗化。

在发动机10的进气管20从上游侧起设置有空气滤清器21、空气流量计22、涡轮前进气管(涡轮前进气管道)23、涡轮增压器40、增压压力传感器24、中间冷却器50、电子控制式节流阀25等。空气滤清器21是将吸入空气中的垃圾、尘埃等除去的过滤器。空气流量计22是将吸入空气量作为质量流量而检测的传感器。

涡轮增压器40是配置于进气管20与排气管30之间而进行增压的增压器。涡轮增压器40具有：涡轮40a，其设置于排气管30；以及压缩机40b，其设置于进气管20，利用旋转轴40c而与涡轮40a连结，利用排气的能量对涡轮40a进行驱动，由此利用同轴的压缩机40b对空气进行压缩。增压压力传感器24对利用涡轮增压器40增压后的吸入空气的压力(实际增压压力)进行检测。

中间冷却器50将由后述的热交换器80加热(升温)、且由涡轮增压器40(压缩机40b)压缩而变为高温的吸入空气通过与外部空气的热交换来进行冷却。在中间冷却器50的下游侧配置有对吸入空气量进行调节的节流阀25。

另一方面，在发动机10的排气管30上从上游侧(发动机10侧)起按顺序设置有涡轮40a(涡轮增压器40)、空燃比传感器、排气净化催化剂以及消声器等(省略图示)。

在发动机10中，从空气滤清器21吸入的空气由涡轮增压器40增压，由中间冷却器50冷却，然后被节流阀25节流并吸入至在发动机10形成的各气缸。在各气缸中，吸入空气和燃料的混合气体燃烧，其燃烧后的废气经由废气岐管(省略图示)而向排气管(废气管)30排出。因混合气体的燃烧而产生的热向在发动机10的气缸盖形成的水套内的冷却水释放。

第1冷却水配管61与形成于气缸盖的水套连接。在第1冷却水配管61主要设置有：散热器60，其将发动机冷却水的热释放至外部；水泵63，其强制地使发动机冷却水循环；以及恒温器64，其根据发动机冷却水的水温自动地工作而进行供发动机冷却水流动的配管(路径)的切换。水泵63例如由发动机10驱动，对发动机冷却水进行加压并将其排出。散热器60在发动机冷却水和大气之间进行热交换。在散热器60中，在冷却水从由管和散热片构成的散热器芯部经过时，发动机冷却水的热释放至大气。恒温器64在发动机暖机时以将散热器60旁通的方式对第1冷却水配管61的路径进行切换而促进发动机10的暖机。

使发动机冷却水向后述的热交换器80循环的第2冷却水配管62与第1冷却水配管61的、散热器60的上游侧(且优选为恒温器64的下游侧)连接。

如上所述，在涡轮增压器40的上游侧配置有将吸入空气导入至涡轮增压器40的涡轮前进气管23。在涡轮前进气管23配置有通过干涉作用而对气流声进行消声的多个(本实施例中为3个)侧枝部(干涉型消声器)70A、70B、70C(第1侧枝部70A、第2侧枝部70B、第3侧枝部70C，下面，还有时将第1侧枝部70A、第2侧枝部70B、第3侧枝部70C统一称为侧枝部70)。

如图2～图4所示，在本实施方式中，为了将3个频带的涡轮气流声消声(减弱)，与消声的气流声各自的频带相应地设置了3个侧枝部70A、70B、70C。

各侧枝部70具有有底筒状(凹状)的形状，与涡轮前进气管23的管壁相比凸出地设置。各侧枝部70的长度(筒长)根据要消声的涡轮气流声的频带(即波长)而设定。在各侧枝部70中，涡轮气流声(声波)从形成于涡轮前进气管23的各侧枝部70的开口部进入，在各侧枝部70的内底面反射，在再次返回至开口部时，滞后1/2波长的相位(反转)而从开口部输出，从而双方声波变为相反相位而相互抵消，由此将涡轮气流声消声(减弱)。

另外，在涡轮前进气管23(各侧枝部70的上游)配置有对经由涡轮前进气管23而导入的吸入空气进行加热的热交换器(加热单元)80。热交换器80与上述的第2冷却水配管62连接，以使发动机冷却水(温水)在涡轮前进气管23的外周(周围)环绕(流动)的方式沿涡轮前进气管23的外周面配置。因此，涡轮前进气管23因高温的发动机冷却水而升温，从而将在该涡轮前进气管23内流动的吸入空气加热。即，热交换器80在发动机冷却水和吸入空气之间进行热交换。

此外，作为热交换器，可以代替使发动机冷却水在涡轮前进气管23的外周环绕(流动)的结构而形成为如下结构，即，例如，将由管和散热片构成的芯部配置于涡轮前进气管23的管内，使在该芯部流动的发动机冷却水与在涡轮前进气管23的管内流动的吸入空气之间进行热交换而使吸入空气升温。

如上所述，消声装置1具有如下结构，即，在涡轮前进气管23设置有与涡轮气流声的频带相应的3个侧枝部70，并且使从第1冷却水配管61分支的第2冷却水配管62环绕涡轮前进气管23的外周而使高温的发动机冷却水循环。因此，根据消声装置1，利用各侧枝部70将涡轮气流声消声(减弱)。此时，吸入空气的压力损失增大，但高温的发动机冷却水流至涡轮前进气管23，从而使得吸入空气升温而减小摩擦损失，由此防止因各侧枝部70引起的压力损失增大。

更详细而言，对于空气在进气管(涡轮前进气管23)内流动的情况下的摩擦损失，如果进气管内风速相同，则空气的温度越高，空气的密度越降低而减小。这里，能够通过下式(1)求出吸入空气被加热(升温)后的情况下的压力损失ΔPt(Pa)。

ΔPt＝kt·ΔP···(1)

这里，ΔP为标准状态(20℃)下的压力损失(Pa)，kt为基于温度的压力校正系数。此外，通过下式(2)求出压力校正系数kt。

kt＝(273.15+20)/(273.15+ta)···(2)

这里，ta为涡轮前进气管23内的空气温度(℃)。

此外，如上所述，在热交换器80中加热(升温)后的吸入空气被中间冷却器50冷却。因此，发动机10的填充效率不会降低，动力性能不会变差。由此，兼顾实现了涡轮气流声的消声(减弱)和发动机动力性能的确保。

如以上详细说明，根据本实施方式，在将吸入空气导入至涡轮增压器40的涡轮前进气管23配置有侧枝部70，利用该侧枝部70使涡轮气流声消声。另外，在涡轮前进气管23配置有对经由该涡轮前进气管23导入的吸入空气进行加热的热交换器80，因此利用该热交换器80对吸入空气进行加热(升温)而降低摩擦损失，降低因侧枝部70引起的压力损失。因而，发动机10的动力性能的降低得到抑制。其结果，能够防止发动机动力性能降低、且能够对由涡轮增压器40引起的气流声进行消声。

根据本实施方式，在吸入空气和发动机冷却水之间进行热交换。因此，能够利用因来自发动机10的热而变为高温的发动机冷却水对吸入空气进行加热(升温)。

根据本实施方式，从散热器60的上游侧(且恒温器64的下游侧)将发动机冷却水导入。因此，能够利用被散热器60冷却之前的温度较高的发动机冷却水对吸入空气进行加热(升温)。

根据本实施方式，由热交换器80加热(升温)、且由涡轮增压器40压缩而升温的吸入空气被中间冷却器50冷却。因而，能够提高发动机10的填充效率，能够兼顾发动机动力性能的确保和涡轮气流声的消声。

根据本实施方式，与要消声的气流声的频带相应地设置有多个(本实施方式中为3个)侧枝部70A、70B、70C，因此能够确保发动机动力性能、且对频带不同的多种气流声进行消声。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够实施各种变形。例如，在上述实施方式中，作为发动机10的增压器而使用了涡轮增压器，但也可以代替涡轮增压器而使用例如机械增压器等其他形式的增压器。

另外，在上述实施方式中，使用了在发动机冷却水和吸入空气之间进行热交换的热交换器80，但也可以形成为如下结构，即，代替发动机冷却水而使用例如在与发动机油或变速器油之间进行热交换。另外，可以形成为如下结构，即，代替热交换器80而使用例如电加热器(空气加热器)等加热单元。

此外，在上述实施方式中，作为消声器而使用侧枝部70(干涉型消声器)，但也可以使用其他形式的消声器、例如共鸣器等共鸣型消声器。另外，在上述实施方式中，与消声的涡轮气流声相应地设置有3个侧枝部70A、70B、70C，但侧枝部70的数量并不局限于3个。

Claims

1.一种消声装置，其特征在于，具有：

进气管，其与对吸入至发动机的吸入空气进行增压的增压器连通，将吸入空气导入至该增压器；

消声器，其配置于所述进气管，将气流声消声；以及

加热单元，其配置于所述进气管，对经由所述进气管导入的吸入空气进行加热。

2.根据权利要求1所述的消声装置，其特征在于，

所述消声器是通过干涉作用将气流声消声的干涉型消声器、或者通过共鸣作用将气流声消声的共鸣型消声器。

3.根据权利要求1或2所述的消声装置，其特征在于，

所述加热单元是在所述吸入空气与温度高于所述吸入空气的液体之间进行热交换的热交换器。

4.根据权利要求3所述的消声装置，其特征在于，

所述热交换器在所述吸入空气与对所述发动机进行冷却的发动机冷却水之间进行热交换。

5.根据权利要求4所述的消声装置，其特征在于，

所述消声装置具有第2冷却水配管，该第2冷却水配管的一个端部与所述热交换器连接，另一个端部与将所述发动机和散热器连通的第1冷却水配管连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的消声装置，其特征在于，

所述增压器包含中间冷却器，该中间冷却器配置于所述增压器的下游，对由所述增压器压缩后的吸入空气进行冷却。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的消声装置，其特征在于，

所述消声器与进行消声的气流声的频带相应地设置有多个。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的消声装置，其特征在于，

所述增压器是涡轮增压器，该涡轮增压器具有：涡轮，其设置于所述发动机的排气管上；以及压缩机，其设置于所述进气管上，通过轴而与所述涡轮连接，该涡轮增压器利用废气的能量而对吸入空气进行增压。