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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lüftungskomponente, die zum Beispiel in einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
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STAND DER TECHNIK
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Patentliteratur 1 offenbart ein herkömmliches schallabsorbierendes Material, das in einer Lüftungskomponente verwendet wird, die in einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Solch ein schallabsorbierendes Material weist einen Schichtaufbau mit einer Schicht hoher Dichte und einer Schicht geringer Dichte auf. Die Schicht hoher Dichte ist auf der Innenseite angeordnet und besteht aus Fasern. Die Schicht geringer Dicke ist auf der Außenseite der Schicht hoher Dicke angeordnet. Der Schichtaufbau beinhaltet ein Masse-Feder-System. Das Masse-Feder-System umfasst die Schicht hoher Dichte als einen Massenabschnitt und die Schicht geringer Dichte als einen Federabschnitt, um so die Schallenergie zu dämpfen.
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ENTGEGENHALTUNGSLISTE
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Patentliteratur
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Patentdokument 1:
JP H08- 152 890 A -
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Das oben beschriebene schallabsorbierende Material verwendet das Masse-Feder-System, um Zielschallwellen einer Frequenz einzustellen, die gedämpft werden soll. Das schallabsorbierende Material kann die Schallwellen von nur einer Frequenz dämpfen. Da das schallabsorbierende Material nicht Schallwellen mehrerer Frequenzen dämpfen kann, bietet das schallabsorbierende Material bei der Geräuschreduzierung noch Raum für Verbesserungen.
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Es ist eine Zielsetzung der vorliegenden Offenbarung, eine Lüftungskomponente zur Verfügung zu stellen, die die Geräuschreduzierung eines Wandabschnitts verbessert.
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Lösung des Problems
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Um die vorstehende Zielsetzung zu erreichen, weist eine Lüftungskomponente eine Umfangswand auf. Zumindest ein Teil der Umfangswand wird durch einen Wandabschnitt ausgebildet. Der Wandabschnitt weist eine innere Schicht, die Fasern enthält und Luftdurchlässigkeit hat, und eine äußere Schicht auf, die auf einer radial äußeren Seite der inneren Schicht vorgesehen ist und Elastizität hat. Der Wandabschnitt bildet ein Schwingungssystem, das die innere Schicht als einen Massenabschnitt und die äußere Schicht als einen Federabschnitt umfasst. Das Schwingungssystem hat eine zum Teil variierende Eigenfrequenz.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Ansaugkanals gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die einen Ansaugkanal gemäß einer Abwandlung darstellt.
- 3 ist eine Seitenansicht eines Ansaugkanals gemäß einer Abwandlung.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine Lüftungskomponente gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Lüftungskomponente ist ein Ansaugkanal für eine Brennkraftmaschine.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat ein Ansaugkanal 11, der ein Beispiel für die Lüftungskomponente darstellt, eine im Wesentlichen zylindrische Form. Der Ansaugkanal 11 weist eine zylindrische Umfangswand 12 auf. Die Umfangswand 12 wird zumindest teilweise durch einen Wandabschnitt 13 ausgebildet, der Fasern enthält. Die Umfangswand 12 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird vollständig durch den Wandabschnitt 13 ausgebildet. Der Wandabschnitt 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht aus Vlies, das einer Thermokomprimierungsformung unterzogen worden ist.
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Der Wandabschnitt 13 weist eine zylindrische innere Schicht 14, die sich in der Umfangswand 12 auf einer radial inneren Seite befindet, und eine zylindrische äußere Schicht 15 auf, die auf einer radial äußeren Seite der inneren Schicht 14 vorgesehen ist und Elastizität hat. Die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 enthalten beide Fasern und haben Luftdurchlässigkeit. Die Luftdurchlässigkeit der inneren Schicht 14 ist geringer als die Luftdurchlässigkeit der äußeren Schicht 15. Die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 sind miteinander verbunden, indem Vliesfasern der inneren Schicht 14 und der äußeren Schicht 15 durch Vernadelung verschlungen sind.
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Da die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 ohne Verwendung von Klebstoff miteinander verbunden sind, hat eine Grenze 16 zwischen der inneren Schicht 14 und der äußeren Schicht 15 Luftdurchlässigkeit. Die Luftdurchlässigkeit der Grenze ist in diesem Fall größer oder gleich der Luftdurchlässigkeit der inneren Schicht 14. Die Dicke der inneren Schicht 14 ist kleiner als die Dicke der äußeren Schicht 15. Und zwar ist das Komprimierungsverhältnis der inneren Schicht 14 größer als das Komprimierungsverhältnis der äußeren Schicht 15. Somit hat die innere Schicht 14 eine höhere Dichte als die äußere Schicht 15.
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Der Wandabschnitt 13 bildet ein Masse-Feder-System mit nur einem Freiheitsgrad, das ein Schwingungssystem ist, das die innere Schicht 14 als einen Massenabschnitt und die äußere Schicht 15 als einen Federabschnitt umfasst. Die äußere Schicht 15 ist so ausgebildet, dass sie eine zum Teil variierende Dicke hat, sodass das Masse-Feder-System eine zum Teil variierende Eigenfrequenz hat. Die Eigenfrequenz eines Masse-Feder-Systems wird im Allgemeinen geändert, indem ein Massenabschnitt (die Durchlässigkeit der inneren Schicht 14) und/oder die Federkonstante eines Federabschnitts (die Dicke der äußeren Schicht 15) geändert werden/wird.
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Im Wandabschnitt 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat die innere Schicht 14 eine konstante Dicke und die äußere Schicht 15 hat eine zum Teil variierende Dicke, sodass der Federabschnitt des Masse-Feder-Systems eine zum Teil variierende Federkonstante hat. Dementsprechend hat das Masse-Feder-System eine zum Teil variierende Eigenfrequenz. Und zwar hat die innere Schicht 14 im Wandabschnitt 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine konstante Dicke, während die Dicke der äußeren Schicht 15 in drei Stufen variiert.
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Die äußere Schicht 15 weist einen ersten Dickenabschnitt 17, einen zweiten Dickenabschnitt 18 und einen dritten Dickenabschnitt 19 auf. Der erste Dickenabschnitt 17 hat unter den drei Dickenabschnitten 17, 18 und 19 in der radialen Richtung die kleinste Dicke. Der zweite Dickenabschnitt 18 grenzt an den ersten Dickenabschnitt 17 und hat in der radialen Richtung eine größere Dicke als der erste Dickenabschnitt 17. Der dritte Dickenabschnitt 19 grenzt an den zweiten Dickenabschnitt 18 und hat in der radialen Richtung eine größere Dicke als der zweite Dickenabschnitt 18. Dementsprechend ist zwischen dem ersten Dickenabschnitt 17 und dem zweiten Dickenabschnitt 18 und zwischen dem zweiten Dickenabschnitt 18 und dem dritten Dickenabschnitt 19 jeweils eine Stufe ausgebildet.
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Dementsprechend sind die Federkonstante des ersten Dickenabschnitts 17, die Federkonstante des zweiten Dickenabschnitts 18 und die Federkonstante des dritten Dickenabschnitts 19 voneinander verschieden. Daher weist der Wandabschnitt 13 einen ersten Wandabschnitt 20, der dem ersten Dickenabschnitt 17 entspricht, einen zweiten Wandabschnitt 21, der dem zweiten Dickenabschnitt 18 entspricht, und einen dritten Wandabschnitt 22 auf, der dem dritten Dickenabschnitt 19 entspricht. Die Eigenfrequenzen der ersten bis dritten Wandabschnitte 20 bis 22 sind voneinander verschieden.
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Es wird nun die Arbeitsweise des Ansaugkanals 11 beschrieben.
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Wenn Ansaugluft (Luft) durch einen Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 strömt, der die Umfangswand 12 des Ansaugkanals 11 bildet, erzeugt die Ansaugluft Schallwellen verschiedener Frequenzen. Unter diesen Schallwellen wird die Schallwelle, deren Frequenz gleich der Eigenfrequenz des ersten Wandabschnitts 20 ist, durch Resonanz mit dem ersten Wandabschnitt 20 wirksam gedämpft, die Schallwelle, deren Frequenz gleich der Eigenfrequenz des zweiten Wandabschnitts 21 ist, wird durch Resonanz mit dem zweiten Wandabschnitt 21 wirksam gedämpft und die Schallwelle, deren Frequenz gleich der Eigenfrequenz des dritten Wandabschnitts 22 ist, wird durch Resonanz mit dem dritten Wandabschnitt 22 wirksam gedämpft.
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Weil also der Wandabschnitt 13 des Ansaugkanals 11 mehrere (in diesem Beispiel drei) Eigenfrequenzen hat, werden durch Resonanz mit dem ersten Wandabschnitt 20, dem zweiten Wandabschnitt 21 und dem dritten Wandabschnitt 22 Schallwellen von mehreren (in diesem Beispiel drei) Frequenzen gedämpft. Dies reduziert wirksam den Geräuschpegel, der durch die Ansaugluft erzeugt wird, die durch den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 strömt.
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Außerdem bringt der Druck der Schallwellen der Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 strömt, die Fasern der äußeren Schicht 15 zum Schwingen, wenn sie durch die äußere Schicht 15 des Wandabschnitts 13 geht, sodass er in Wärmeenergie umgewandelt wird. Somit wird der Druck abgeschwächt. Da die Erzeugung stehender Wellen der Schallwellen der Ansaugluft unterdrückt wird, werden die Geräusche, die durch den Ansaugluftstrom erzeugt werden, reduziert. Dies reduziert die Geräuscherzeugung aufgrund des Ansaugluftstroms durch den Raum innerhalb des Wandabschnitts 13 und somit den abgestrahlten Schall, der zur Außenseite des Wandabschnitts 13 abgegeben wird.
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Da der Wandabschnitt 13 Luftdurchlässigkeit hat, versucht die Luft außerhalb des Wandabschnitts 13 in den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 einzudringen. Da die innere Schicht 14 des Wandabschnitts 13 im Ansaugkanal 11 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine geringere Luftdurchlässigkeit als die äußere Schicht 15 hat, verhindert die innere Schicht 14 jedoch zuverlässig, dass die Luft außerhalb des Wandabschnitts 13 in den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 eindringt. Und zwar steuert die innere Schicht 14 die Luftdurchdringung des Wandabschnitts 13, der die Umfangswand 12 ausbildet. Dementsprechend wird die Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 strömt, nicht durch Luft beeinträchtigt, die von der Außenseite des Wandabschnitts 13 in den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 eindringt. Dies reduziert den Druckverlust der Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite des Wandabschnitts 13 strömt.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel bringt die folgenden Vorteile mit sich.
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(1) Der Ansaugkanal 11 weist die Umfangswand 12 auf. Zumindest ein Teil der Umfangswand 12 wird durch den Wandabschnitt 13 ausgebildet, der die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 aufweist. Die innere Schicht 14 enthält Fasern und hat Durchlässigkeit, während die äußere Schicht 15 auf der radial äußeren Seite der inneren Schicht 14 vorgesehen ist und Elastizität hat. Der Wandabschnitt 13 bildet ein Schwingungssystem, das die innere Schicht 14 als einen Massenabschnitt und die äußere Schicht 15 als einen Federabschnitt umfasst. Das Schwingungssystem hat eine zum Teil variierende Eigenfrequenz. Da der Wandabschnitt 13 bei dieser Gestaltung mehrere Eigenfrequenzen hat, ist es möglich, Schallwellen verschiedener Frequenzen der durch den Ansaugkanal 11 strömenden Ansaugluft zuverlässig zu dämpfen, indem die Schallwellen zur Resonanz gebracht werden. Dies verbessert auf wirksame Weise die Geräuschreduzierung des Wandabschnitts 13. Außerdem können die Eigenfrequenzen des Wandabschnitts 13 so eingestellt werden, dass sie Schallwellen gewünschter Frequenzen (zum Beispiel verhältnismäßig niedrige Frequenzen, die kleiner oder gleich einer Frequenz von 1000 Hz bis 500 Hz sind) dämpfen.
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(2) Die äußere Schicht 15 des Ansaugkanals 11 enthält Fasern und hat Luftdurchlässigkeit. Die äußere Schicht 15 hat eine zum Teil variierende Dicke. Diese Konfiguration erlaubt der äußeren Schicht 15, eine zum Teil variierende Federkonstante zu haben, indem einfach die Dicke der äußeren Schicht 15 zum Teil variiert wird. Dadurch kann der Wandabschnitt 13 leicht eine zum Teil variierende Eigenfrequenz haben.
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(3) Die innere Schicht 14 hat im Ansaugkanal 11 eine höhere Dichte als die äußere Schicht 15. Mit dieser Konfiguration hat die innere Schicht 14 eine glatte Innenfläche und reduziert somit den Druckverlust der Ansaugluft, die entlang der Innenseite der inneren Schicht 14 (des Wandabschnitts 13) strömt.
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(4) Die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 sind im Ansaugkanal 11 miteinander verbunden, indem die Fasern der inneren Schicht 14 und der äußeren Schicht 15 durch Vernadelung verschlungen sind. Diese Konfiguration verbindet die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 miteinander, ohne dass ein zusätzliches Material wie ein Klebstoff vorbereitet werden müsste, um die innere Schicht 14 und die äußere Schicht 15 miteinander zu verbinden.
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(5) Die Umfangswand 12 des Ansaugkanals 11 wird vollständig durch den Wandabschnitt 13 ausgebildet, der aus einem Vlies besteht, das Luftdurchlässigkeit hat. Diese Konfiguration reduziert das Gewicht des Ansaugkanals 11 verglichen mit einem Fall, in dem die Umfangswand 12 vollständig durch einen harten Kunststoff ausgebildet wird, der keine Luftdurchlässigkeit hat.
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Abwandlungen
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann wie folgt abgewandelt werden. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel und die folgenden Abwandlungen können kombiniert werden, solange die kombinierten Abwandlungen zueinander technisch konsistent bleiben.
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Wie in 2 gezeigt ist, kann die äußere Schicht 15 des Ansaugkanals 11 luftdurchlässige Abschnitte 25, die Luftdurchlässigkeit haben, und undurchlässige Abschnitte 26 aufweisen, die keine Luftdurchlässigkeit haben. Die luftdurchlässigen Abschnitte 25 können an Stellen angeordnet sein, die Schwingungsbäuchen von stehenden Wellen der Schallwellen der Ansaugluft entsprechen, die durch den Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 strömt. Die äußere Schicht 15 hat in diesem Fall ein zum Teil variierendes Kompressionsverhältnis, um für die luftdurchlässigen Abschnitte 25, die Luftdurchlässigkeit haben, und die undurchlässigen Abschnitte 26 zu sorgen, die keine Luftdurchlässigkeit haben. Und zwar sind die undurchlässigen Abschnitte 26 Abschnitte hoher Kompression der äußeren Schicht 15, die in der radialen Richtung eine kleinere Dicke haben, während die luftdurchlässigen Abschnitte 25 Abschnitte geringer Kompression der äußeren Schicht 15 sind, die in der radialen Richtung eine größere Dicke haben. Des Weiteren umfassen die stehenden Wellen der Schallwellen der Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 strömt, eine stehende Welle erster Ordnung W1 und eine stehende Welle zweiter Ordnung W2. Die luftdurchlässigen Abschnitte 25 sind an Stellen A, die den Schwingungsbäuchen der stehenden Welle erster Ordnung W1 entsprechen, und Stellen B, die Schwingungsbäuchen der stehenden Welle zweiter Ordnung W2 entsprechen, angeordnet.
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Mit dieser Konfiguration hat die Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 strömt, Schallwellen verschiedener Frequenzen und sind die luftdurchlässigen Abschnitte 25 an den Stellen A und B angeordnet, die dem höchsten Schalldruck dieser Schallwellen entsprechen. Außerdem sind die undurchlässigen Abschnitte 26 an Stellen vorgesehen, an denen die luftdurchlässigen Abschnitte 25 nicht vorhanden sind. Somit reduziert die Umfangswand 12 als Ganzes abgestrahlten Schall, der aus dem Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 zur Außenseite abgegeben wird, und die Luft, die von der Außenseite der Umfangswand 12 in den Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 eindringt. Dementsprechend wird der Druckverlust der Ansaugluft, die durch den Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 strömt, reduziert. Die luftdurchlässigen Abschnitte 25 und die undurchlässigen Abschnitte 26 bilden in diesem Fall auf der Außenumfangsfläche der Umfangswand 12 Stufen aus, die die Oberflächensteifheit der Umfangswand 12 erhöhen. Dies reduziert ein Zittern der Umfangswand 12 aufgrund von Schallwellen. Dementsprechend reduziert diese Konfiguration noch zuverlässiger abgestrahlten Schall, der aus dem Raum auf der Innenseite der Umfangswand 12 zur Außenseite abgegeben wird.
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Wie in 3 gezeigt ist, kann die äußere Schicht 15 des Ansaugkanals 11 Abschnitte hoher Kompression 27, die eine geringe Luftdurchlässigkeit haben, und einen Abschnitt geringer Kompression 28 aufweisen, der mit einem Kompressionsverhältnis kompressionsgeformt ist, das geringer als das der Abschnitte hoher Kompression 27 ist, und Luftdurchlässigkeit hat. Der Abschnitt geringer Kompression 28 kann so ausgebildet sein, dass er sich in der axialen Richtung (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 3) durchgehend über die gesamte äußere Schicht 15 erstreckt. Normalerweise ist der Schalldruck einer stehenden Welle der Schallwellen der Ansaugluft an den Stellen am höchsten, die den Schwingungsbäuchen der stehenden Welle im Ansaugkanal 11 entsprechen. Falls sich an diesen Stellen der Abschnitt geringer Kompression 28 befindet, der Luftdurchlässigkeit hat, wird der Druck der Schallwellen der Ansaugluft durch den Abschnitt geringer Kompression 28 hindurch abgebaut. Dies unterdrückt auf wirksame Weise die Erzeugung stehender Wellen. Deswegen hat die oben beschriebene Konfiguration den Abschnitt geringer Kompression 28, der sich in der axialen Richtung durchgehend über die gesamte äußere Schicht 15 erstreckt. Somit ist der Abschnitt geringer Kompression 28 an Stellen vorhanden, die Schwingungsbäuchen stehender Wellen von Schallwellen verschiedener Frequenzen entsprechen, die in dem Raum innerhalb des Ansaugkanals 11 erzeugt werden können. Dies reduziert in einem breiten Frequenzbereich Ansauggeräusche.
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Der Wandabschnitt 13 kann so ausgebildet werden, dass er eine zum Teil variierende Eigenfrequenz hat, indem die äußere Schicht 15 dazu gebracht wird, eine konstante Dicke zu haben, und die innere Schicht 14 dazu gebracht wird, eine zum Teil variierende Luftdurchlässigkeit zu haben. In diesem Fall kann die innere Schicht 14 so ausgebildet werden, dass sie eine zum Teil variierende Luftdurchlässigkeit hat, indem zum Beispiel das Mischungsverhältnis des Bindemittels zum Teil variiert wird.
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Die äußere Schicht 15 kann derart konfiguriert sein, dass der erste Dickenabschnitt 17, der zweite Dickenabschnitt 18 und der dritte Dickenabschnitt 19, die verschiedene Dicken haben, durch Schaumformen von Glaswolle oder Urethan die gleiche Dichte haben.
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Die äußere Schicht 15 muss nicht unbedingt Luftdurchlässigkeit haben. Das heißt, dass die äußere Schicht 15 luftundurchlässig sein kann.
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Die Dicke der äußeren Schicht 15 variiert in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel in der radialen Richtung mit dem ersten Dickenabschnitt 17, dem zweiten Dickenabschnitt 18 und dem dritten Dickenabschnitt 19 in drei Stufen. Allerdings kann die Dicke in vier oder mehr Stufen variieren.
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Die Umfangswand 12 des Ansaugkanals 11 muss nicht unbedingt vollständig durch den Wandabschnitt 13 ausgebildet werden. Das heißt, dass die Umfangswand 12 zum Teil durch den Wandabschnitt 13 ausgebildet werden kann.
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Die innere Schicht 14 des Ansaugkanals 11 muss nicht unbedingt eine Dichte haben, die höher als die der äußeren Schicht 15 ist. Das heißt, dass die innere Schicht 14 eine Dichte haben kann, die kleiner oder gleich der der äußeren Schicht 15 ist.
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Auf die Außenumfangsfläche der äußeren Schicht 15 des Ansaugkanals 11 kann ein wasserabweisendes Mittel aufgebracht werden. Zum Beispiel kann auf der Außenumfangsfläche der äußeren Schicht 15 eine Fluorbeschichtung ausgebildet werden, sodass die Außenumfangsfläche wasserabweisend ist. Das wasserabweisende Mittel wird in diesem Fall derart auf die Außenumfangsfläche der äußeren Schicht 15 aufgebracht, dass die Luftdurchlässigkeit der äußeren Schicht 15 beibehalten wird.
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Der Ansaugkanal 11 muss nicht unbedingt zylindrisch sein, sondern er kann eine Rohrform mit einer mehreckigen Querschnittsform, die eine Rechteckform oder eine Sechseckform einschließt, oder einer elliptischen Querschnittsform haben.
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Die Lüftungskomponente ist nicht auf den Ansaugkanal 11 beschränkt, sondern sie kann ein Einlasskanal, ein Luftfilter, ein Zuluftkanal oder ein Außenluftkanal für eine Klimaanlage, ein Kanal, der einem Motor eines Batterie-Elektrofahrzeugs Kühlluft zuführt, oder ein Kanal, der einem Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs Sauerstoff zuführt, sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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