ES2140140T5 - Atenuador de ruidos para sistema de admision o de escape. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION PROPORCIONA, CON REFERENCIA A LA FIGURA, UN SILENCIADOR PARA UN SISTEMA DE ADMISION O SISTEMA DE ESCAPE QUE COMPRENDE UNA CARCASA (10) QUE POSEE UNA ENTRADA DE GAS (13), UNA SALIDA DE GAS (11) Y UN PRIMER CONDUCTO DE FLUIDO DE GAS (12) DENTRO DE LA CARCASA QUE CONECTA LA ENTRADA DE GAS (13) A LA SALIDA DE GAS (11). SE DISPONE UN TUBO RESONANTE DE CUARTO DE ONDA (14; 16; 23; 29) DENTRO DE LA CARCASA (10) QUE ABRE HACIA EL PRIMER CONDUCTO DE FLUJO DE GAS. EL SILENCIADOR ES UNA SOLA PIEZA QUE PUEDE SER INSTALADA COMO UNA UNICA UNIDAD INTEGRADA EN EL SISTEMA DE ADMISION O EN EL SISTEMA DE ESCAPE. EXISTE UN RESONADOR HELMHOLTZ (21; 27) DENTRO DE LA CARCASA (10) QUE ABRE HACIA EL PRIMER CONDUCTO DE FLUJO DE GAS (12).

Description

Atenuador de ruidos para sistemas de admisión o de escape.

La presente invención se refiere a un atenuador de ruido para un sistema de inducción de aire o un sistema de escape.

La presente invención se describirá con referencia a su uso en un sistema de inducción de aire o un sistema de escape de un motor de combustión interna en un automóvil. No obstante, el atenuador de ruido de la invención no debería considerarse limitado a tal uso y debería apreciarse que la invención podría utilizarse para atenuar el ruido en muchos sistemas de flujo de gas, (por ejemplo, sistemas de aire acondicionado, sistemas de calefacción de coche, sistemas de ventilación o electrodomésticos), en muchos sistemas de inducción de aire o en muchos sistemas de escape.

Existe actualmente la práctica aceptada generalmente en la atenuación de ruido en los sistemas de inducción de aire de los motores de combustión interna en automóviles que consiste en fijar al conducto de inducción de aire en puntos separados a lo largo del conducto resonadores Helmholtz y resonadores de tubo de cuarto de onda, siendo cada resonador un componente separado y estando conectados un número de diferentes componentes al conducto de entrada de aire a lo largo de su longitud. Una suma de los volúmenes de los resonadores separados da típicamente un volumen total de 12 litros. Los diferentes resonadores se distribuyen típicamente alrededor de un bastidor del motor.

En la patente de los Estados Unidos Nº 5 014 816 se describe un silenciador para un sistema de inducción de aire o un sistema de escape de un motor de combustión interna que comprende un número de tubos resonadores de cuarto de onda proporcionados por múltiples canales dispuestos en una carcasa individual. El sistema es ventajoso sobre algunos sistemas de la técnica anterior, puesto que es de naturaleza más compacta que los sistemas previos de la técnica anterior. No obstante, el dispositivo del documento US-A-5014816 tiene el inconveniente de que deben utilizarse tubos de cuarto de onda muy largos para atenuar las bajas frecuencias. Por lo tanto, el diseñador debe diseñar o bien una carcasa bastante grande para incorporar un tubo de cuarto de onda largo o, alternativamente, el diseñador debe aceptar que el sistema de inducción no atenuará las frecuencias más bajas.

La presente invención proporciona en un primer aspecto un atenuador de ruido para un sistema de inducción de aire o un sistema de escape que comprende una carcasa que tiene:

una entrada de gas,

una salida de gas,

un primer paso de flujo de gas dentro de la carcasa que conecta la entrada de gas a la salida de gas, y

un tubo resonador de cuarto de onda dentro de la carcasa que se abre sobre el primer paso de flujo de gas, la carcasa tiene una parte moldeada con una base y canales abiertos formados en la base mediante paredes laterales que se extienden perpendicularmente desde la base; y la carcasa tiene una pluralidad de paredes de división que comprenden las paredes laterales de la parte moldeada y que define en parte el primer paso de flujo de gas y el tubo resonador de cuarto;

caracterizado porque se proporciona adicionalmente dentro de la carcasa un resonador Helmholtz definido en parte por las paredes de división de la carcasa, abriéndose el resonador Helmholtz en el primer paso de flujo de gas, por lo que el resonador Helmholtz y el tubo resonador de cuarto de onda se integran juntos en una unidad individual y la unidad individual se puede conectar y desconectar desde el sistema de inducción o el sistema de escape;

caracterizado porque se proporciona adicionalmente dentro de la carcasa un resonador Helmholtz que se abre sobre el primer paso, por lo que el resonador Helmholtz y el resonador de cuarto de onda se integran juntos en una unidad individual y la unidad individual se puede conectar y desconectar desde el sistema de inducción o el sistema de escape.

La carcasa del atenuador de ruido tiene un resonador Helmholtz que puede atenuar ruido de baja frecuencia. La presente invención tiene, por lo tanto, la ventaja de proporcionar en una carcasa todos los elementos requeridos para la atenuación del ruido del sistema de inducción de aire o del sistema de escape de una manera compacta. Por lo tanto, la carcasa no necesitará tener un tubo de cuarto de onda muy largo para atenuar ruido de baja frecuencia.

Un resonador Helmholtz tienen ventajas significativas sobre un resonador de tubo de cuarto de onda en la atenuación del ruido de baja frecuencia. Aunque el volumen de un resonador Helmholtz para atenuar, por ejemplo, ruido de frecuencia 100Hz será de 2,4 litros y el volumen de un tubo de cuarto de onda para atenuar el ruido de la misma frecuencia será menor, el tubo de cuarto de onda, será más difícil de empaquetar que el resonador Helmholtz. Adicionalmente, el resonador Helmholtz proporcionará una anchura de banda de frecuencia mejor definida de cancelación de ruido que un tubo resonador de cuarto de onda.

La patente JP-A-6264838 describe un atenuador de ruido para un sistema de inducción que se forma a partir de dos piezas moldeadas. El atenuador reproduce en forma y configuración una disposición estándar de un paso de flujo de gas con un resonador Helmholtz lateral ramificada ("branch") y un tubo resonador de cuarto de onda lateral ramificada ("branch"). El resonador Helmholtz y el resonador de cuatro de onda están distanciados uno del otro y separados por una sección de tubo flexible.

La presente invención proporciona un atenuador de ruido como una unidad completamente integrada que tiene varias ventajas. En primer lugar, se produce una pérdida de presión menor a través del atenuador integrado que la que se produce a través del sistema de la técnica anterior, proporcionando atenuación similar pero con resonadores separados distribuidos a lo largo del sistema de inducción de aire. Esto conduce a un aumento de la eficiencia del motor de combustión interna aguas abajo. En segundo lugar, el solicitante ha encontrado que un sistema de la técnica anterior con un total de 12 litros de volumen de resonador formado de resonadores separados distribuidos a lo largo del sistema de entrada de aire puede sustituirse con un atenuador de ruido de acuerdo con la presente invención, que tiene un volumen en el intervalo de 6 a 10 litros, y preferentemente aproximadamente 7 litros, mientras que de hecho se mejoran las características de atenuación, con un descenso de 74 dB a 71 dB en ruido de circulación (un ruido medido por un ensayo estándar impuesto por la legislación, que comprende la medición del ruido a 7,5 metros desde un vehículo). Para alcanzar la reducción de 3 dB requerida en el ruido de circulación se requiere una reducción de 8 dB en la contribución de entrada a ese ruido. Puesto que la medición de dB es una medición a escala logarítmica, el descenso de 3 dB representa aproximadamente la mitad del ruido. El volumen total reducido del sistema de atenuación de ruido tiene ventajas adicionales en el peso reducido del sistema y el coste reducido del sistema. El atenuador de la presente invención puede alcanzar la misma atenuación de ruido (y normalmente mejor) que el sistema distribuido de la técnica anterior con un volumen total reducido; esto es debido a un efecto sinérgico sobre la cancelación del ruido cuando se incluyen juntos en una carcasa un resonador Helmholtz junto con los resonadores de tubo de cuarto de onda.

La provisión de un sistema atenuador de ruido completo como un componente individual permite el diseño del atenuador de ruido para adaptarse mejor a los límites de empaquetado de una aplicación particular. Por ejemplo, el atenuador de ruido podría diseñarse teniendo en consideración una doble finalidad, funcionando la unidad, por ejemplo, tanto como un atenuador de ruido y como un revestimiento del arco de la rueda, tanto como un atenuador de ruido y como un revestimiento de capó o tanto como un atenuador de ruido y como parte de un parachoques de automóvil.

La provisión de un sistema de atenuación de ruido completo en un componente permite adicionalmente la reducción del ruido facilitando la conexión del componente al resto de un vehículo por medio de aislantes, por ejemplo, aislantes de caucho. En el pasado, cada uno de los componentes separados del sistema atenuador de ruido sería capaz de traquetear y era muy difícil y costoso conectar cada componente separado al resto, por ejemplo, de un automóvil, para prevenir la generación del ruido. La pluralidad de paredes en el atenuador de ruido de la presente invención le permite también hacerse rígido, lo que ayuda a mantener bajos los ruidos de vibración.

La posición de la pluralidad de resonadores distribuidos de los sistemas de la técnica anterior, aunque limitada por requerimientos de empaquetado, era elegida para que la posición de un tubo de cuarto de onda o un resonador Helmholtz en el sistema de inducción de aire mejorase la cancelación de una frecuencia particular por el resonador. No obstante, se ha encontrado, en contra de la práctica aceptada, que el inconveniente de colocar todos los resonadores juntos en un punto en el sistema de entrada de aire no es significativo y está sobrecompensado por las ventajas de la presente invención.

Se ha encontrado que la provisión de un resonador Helmholtz con un paso de entrada de una sección transversal axial no circular (y preferentemente rectangular), en particular en combinación con tubos de resonador de sección transversal axial no circular (y preferentemente rectangular) es particularmente ventajosa. Cuando se utilizan secciones transversales circulares, las características de atenuación de ruido son buenas, pero tiende a establecerse una onda permanente en el tubo de flujo de gas a través del atenuador de ruido. Los solicitantes han descubierto ventajosamente que la forma de la onda permanente puede variarse utilizando secciones transversales axiales no circulares.

La presente invención tiene, en un aspecto, dos o más pasos de flujo de gas a través de la carcasa, que pueden ser beneficiosos, puesto que pueden elegirse diferentes relaciones dimensionales (es decir, las relaciones entre las áreas en sección transversal de los pasos de flujo de gas y las áreas en sección transversal de los resonadores) para cada paso de flujo de gas, lo que permite sintonizar mejor el atenuador de ruido.

Puede incorporarse material de amortiguación de sonido en las paredes de la carcasa de los resonadores para mejorar la cancelación de ruido.

El moldeo por inyección de partes del resonador es preferido si se requieren tolerancias exactas, puesto que el moldeo por inyección es un método de moldeo preciso (más preciso que el moldeo por soplado, por ejemplo). Podría utilizarse polipropileno en el proceso de moldeo.

El número de resonadores en una carcasa podría variar de forma ascendente desde un mínimo de un resonador Helmholtz y un resonador de tubo de cuarto de onda hasta cualquier número de resonadores dependiendo de la aplicación y la calidad de la cancelación de ruido requerida. La disposición de los resonadores variaría también dependiendo de los requerimientos de empaquetado y la optimización del ruido.

Las formas de realización de la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es una vista lateral de una primera forma de realización del atenuador de ruido de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una sección transversal, que está tomada a través del atenuador de ruido de la figura 1, a lo largo de la línea A-A' en la dirección de las flechas.

La figura 3 es una vista isométrica esquemática de una segunda forma de realización del atenuador de ruido de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 es una vista isométrica esquemática de una tercera forma de realización del atenuador de ruido de acuerdo con la presente invención; y

La figura 5 es una vista esquemática de una cuarta forma de realización del atenuador de ruido de acuerdo con la presente invención.

En la figura 1, puede verse que el atenuador de ruido de la invención es un componente individual que comprende una carcasa 10, que es una carcasa de plástico moldeado. La carcasa 10 tiene una profundidad máxima de 100 mm. La carcasa 10 puede verse que tiene un orificio de entrada 13. Este orificio 13 podría ser una entrada para el aire en un sistema de inducción de aire de un motor de combustión interna. Alternativamente, el orificio podría ser una entrada para los gases de escape cuando el atenuador de ruido está conectado a un sistema de escape de un automóvil, en cuyo caso, la carcasa 10 estaría fabricada de metal o de cualquier otro material resistente al calor.

En la figura 2, la vista en sección transversal de la carcasa muestra que la carcasa tiene un primer paso de flujo de gas 12 que pasa a través de la carcasa 10 desde el orificio de entrada 13 hasta un orificio de salida 11. En uso, la carcasa 10 puede conectarse de tal manera que el orificio de entrada 13 esté conectado a un filtro de aire y el orificio de salida 11 esté conectado a un colector de inducción para un motor de combustión interna, por ejemplo, en un automóvil. Alternativamente, en uso, la carcasa 10 puede conectarse en un sistema de escape de un automóvil, de tal manera que el orificio de entrada 13 está conectado a un conducto que conduce hasta el colector de escape del motor de combustión interna y el orificio de salida 11 está conectado a un conducto que expulsa gases quemados a la atmósfera.

La carcasa 10 estará formada por dos partes 10A y 10B (ver la Figura 1). Cada una de las partes está formada por simples operaciones de moldeo por inyección. El moldeo por inyección tiene la ventaja de producir partes de tolerancias más pequeñas que las que se pueden alcanzar en algunas otras técnicas de moldeo (por ejemplo, moldeo por soplado). Las partes 10A y 10B podrían moldearse a partir de polipropileno o a partir de material basado en nylon, que (aunque más costoso) conduciría a una estructura más rígida, menos propensa a vibración.

La parte 10A está formada con varias particiones, de manera que cuando las dos partes 10A y 10B de la carcasa 10 están unidas juntas, las dos partes definen conjuntamente tubos y cavidades, como se describirá a continuación. La dimensión más grande de la carcasa 10 es 540 mm.

En la figura 2 puede verse que la carcasa 10 comprende un primer tubo resonador de cuarto de onda 14 que es el tubo resonador de cuarto de onda más largo en la carcasa 10. El tubo resonador de cuarto de onda 14 está abierto en su extremo 15 hacia el primer paso de flujo de gas 12.

El tubo resonador de cuarto de onda 14 está configurado en forma de L y se extiende a lo largo de dos lados de la carcasa 10.

Un tubo resonador de cuarto de onda más corto 16 está previsto también en la carcasa 10 y este tubo tiene un extremo 17 que se abre al primer paso 12. A medida que el aire o el gas de escape pasa a través del primer paso 12 desde el orificio de entrada 13 hasta el orificio de salida 11, el gas pasa secuencialmente, en primer lugar más allá de la abertura 15 del tubo de cuarto de onda 14 y después más allá del extremo 17 del tubo de cuarto de onda 16.

El gas que ha pasado el extremo 17 del tubo resonador de cuarto de onda 16 pasa a continuación por un extremo 22 de un resonador Helmholtz 18. El resonador Helmholtz 18 comprende un paso de entrada 20 que se extiende dentro de una cavidad 21. Tanto el paso de entrada 20 como la cavidad 21 están definidos por la configuración de las dos partes 10A y 10B de la carcasa 10 cuando las dos partes 10A y 10B están unidas.

Después de que el gas ha pasado por el extremo abierto 22 del tubo 20, el gas pasa por un extremo abierto 24 de un tubo resonador de cuarto de onda 23. El tubo de cuarto de onda 23 está configurado en forma de L como se ve en la figura 2 y se extiende en primer lugar en ángulos rectos con respecto al primer paso 12 y después se curva 90º para apoyarse paralelamente a la porción extrema del tubo resonador de cuarto de onda 14.

Después de que el gas ha pasado por el extremo abierto 24 del tubo resonador de cuarto de onda 23, el gas pasa a continuación por un extremo abierto 28 del resonador Helmholtz 25. El resonador Helmholtz 25 comprende un paso de entrada 26 que se abre dentro una cavidad 27, estando definidos el paso de entrada 26 y la cavidad 27 por la configuración de las dos partes de la carcasa 10.

El gas que pasa a lo largo del primer paso 12 después de pasar el extremo abierto 28 del resonador Helmholtz 25, pasa a continuación por el extremo abierto del tubo resonador de cuarto de onda más corto 29. El tubo resonador de cuarto de onda 29 está definido cuando se unen las dos partes 10A y 10B de la carcasa 10.

El gas que pasa a lo largo del primer paso 12 antes alcanzar la salida 11 pasa por último por un extremo abierto 21 de un tubo resonador de cuarto de onda 31. Aunque los tubos resonadores de cuarto de onda 14, 16, 23, 29 se apoyan en un lateral del paso de flujo de gas 12, el tubo resonador de cuarto de onda 31 se apoya sobre el lateral opuesto del paso de flujo de gas 12, pero en el mismo plano.

Se muestra también en la figura 2 un panel desmontable 33 definido en la carcasa 10. La carcasa 10 está diseñada para colocarse sobre la parte superior de un motor de combustión interna cuando está en uso y el panel desmontable 33 puede retirarse para permitir el acceso a una tapa de relleno de aceite que está situada debajo de la carcasa 10.

Se apreciará que el atenuador de ruido de la invención puede fabricarse de una forma económica, puesto que solamente necesitan fabricarse dos partes moldeadas diferentes, estando éstas unidas juntas para formar la carcasa con los tubos del resonador de cuarto de onda y los resonadores Helmholtz definidos en la carcasa por una serie de particiones formadas durante el proceso de moldeo de una parte 10A de la carcasa 10, que coopera con la otra parte 10B de la carcasa 10 para formar los resonadores. Las partes 10A y 10B no son iguales en tamaño y puede verse en la figura 1 que la parte 10A ocupa cuatro quintos de la profundidad total de la carcasa 10 y la parte 10B el otro quinto.

Las figuras no ilustran completamente el hecho de que la profundidad de los resonadores Helmholtz sea mayor que la profundidad de los tubos resonadores de cuarto de onda. Las superficies opuestas de las dos partes 10A y 10B de la carcasa 10 tendrán cada una de ellas una configuración tridimensional compleja, diseñada de forma que los tubos resonadores de cuarto de onda y los resonadores Helmholtz tienen las configuraciones tridimensionales requeridas cuando las dos partes 10A y 10B de la carcasa 10 se unen y se conectan entre sí. La parte inferior de cada uno de los resonadores Helmholtz 18 y 25 (como se ve en la figura 2) será plana.

Los tubos resonadores de cuarto de onda en la forma de realización preferida tienen cada uno de ellos una sección transversal axial aproximadamente rectangular, siendo redondas las esquinas de la sección transversal axial rectangular. Además, los pasos de entrada 20 y 26 de los resonadores Helmholtz 21 y 27 tienen secciones transversales axiales aproximadamente rectangulares, siendo redondas las esquinas de la sección transversal axial.

Se ha encontrado que es sorprendentemente importante tener secciones transversales axiales no circulares. Aunque las secciones transversales axiales circulares proporcionan una atenuación al ruido razonable, puede formarse una onda permanente en el paso de flujo de gas 12, que puede contribuir significativamente a los niveles de ruido. La forma de la onda permanente en el paso de flujo de gas 12 puede cambiarse eligiendo secciones transversales axiales no circulares (y preferentemente rectangulares) con un descenso resultante del ruido. Las secciones transversales axiales podrían ser ovales, hexagonales o cualquier otra configuración no circular, pero es preferible que la dimensión más pequeña de la sección transversal esté paralela al eje del paso de flujo de gas 12.

Las dimensiones exactas de los tubos resonadores de cuarto de onda y los resonadores Helmholtz y la disposición de los resonadores serán elegidas para una aplicación particular, teniendo en mente el espectro de frecuencia acústica del flujo de gas que debe atenuarse.

Para un tubo de cuarto de onda utilizado para un sistema de inducción de aire, puede utilizarse la ecuación básica f = C/4L (una ecuación muy simplificada que ignora, por ejemplo, la temperatura y los efectos extremos), para calcular las longitudes elegidas (aunque son preferidos los modelos matemáticos más complicados), donde f es una frecuencia sintonizada, C es la velocidad aproximada del sonido en el aire a 20ºC y L es la longitud de la línea central del canal. Por ejemplo, con una longitud central de 0,6 metros, entonces es f = 340/2,4 y f = 141 hertzios. Si la longitud central fuera 0,45 metros, entonces f = 340/1,8, en otras palabras, f = 189 hertzios.

Para un resonador Helmholtz, las dimensiones del tubo y la cavidad que forman el resonador Helmholtz son sintonizadas para atenuar frecuencias específicas. Esto se realiza para un sistema de inducción de aire utilizando la ecuación básica f = C/2\piV (A/LV) (una ecuación muy simplificada que ignora, por ejemplo, la temperatura y los efectos extremos), donde f es la frecuencia sintonizada, C es la velocidad del sonido en el aire, A es el área en sección transversal del tubo que conduce a la cavidad, L es la longitud del tubo que conduce a la cavidad y V es el volumen de la cavidad. En la práctica, sería preferible un modelo matemático más complicado.

Por ejemplo, el tubo 20 del resonador Helmholtz 18 podría elegirse para tener una longitud de 100 mm y un área en sección transversal de 1256 mm^{2}. La cavidad 21 podría elegirse para tener un volumen de 1,47 litros. En este caso, la frecuencia sintonizada sería 141 hertzios. El tubo 26 del resonador Helmholtz 25 podría elegirse para tener una longitud de 45 mm y un área en sección transversal de 1256 mm^{2}. El volumen de la cavidad 27 del resonador Helmholtz 25 podría elegirse para tener 1,40 litros. En este caso, la frecuencia sintonizada sería 191 hertzios.

Si las dos ecuaciones para el cálculo de la frecuencia f son consideradas cuidadosamente, puede observarse que, aunque sea necesaria una longitud larga para un resonador de cuarto de onda para amortiguar bajas frecuencias, la longitud del tubo del resonador Helmholtz equivalente puede hacerse bastante corta, puesto que la frecuencia depende en una gran parte del área y de la longitud del tubo y del volumen del resonador Helmholtz. Un tubo con un área pequeña y una cavidad con un volumen grande puede elegirse para atenuar bajas frecuencias, sin el problema de tener que empaquetar un tubo resonador de cuarto de onda muy largo en la carcasa del atenuador de ruido.

Las ecuaciones dadas anteriormente son solamente las ecuaciones básicas para los resonadores que se dan simplemente para demostrar las diferentes características de los resonadores Helmholtz y los resonadores de cuarto de onda. Las frecuencias de sintonización exacta dependen de muchos factores tales como las dimensiones de las aberturas de los resonadores.

En la figura 2, cada uno de los tubos resonadores de cuarto de onda se muestran con un extremo cerrado. De hecho, en la práctica, cada tubo resonador de cuarto de onda puede tener un pequeño agujero en su extremo, con el fin de permitir el drenaje de la humedad desde el tubo resonador de cuarto de onda. Aunque los sistemas de inducción de aire sean idealmente herméticos al agua, entra cierta humedad y deben existir medios para su escape. El agujero se elegirá para que sea lo suficientemente pequeño para tener un efecto mínimo sobre las propiedades acústicas del tubo de cuarto de onda. De forma similar, cada uno de los resonadores Helmholtz pueden tener un pequeño agujero para permitir el drenaje de la humedad desde dentro de la carcasa 10. De nuevo, los agujeros en los resonadores Helmholtz serán elegidos para ser suficientemente pequeños para que tengan un efecto mínimo sobre las propiedades acústicas de los resonadores Helmholtz.

Aunque anteriormente se menciona que la carcasa está fabricada de material de plástico mediante moldeo por inyección, la carcasa podría fabricarse también mediante estampación de dos secciones metálicas y la unión de las dos secciones metálicas juntas. Efectivamente, la carcasa podría fabricarse por muchas técnicas de fabricación diferentes, por ejemplo, moldeo giratorio o de muchos materiales diferentes, por ejemplo, de fibra de vidrio o de cualquier otro material fibroso. Las dos partes de la carcasa podría moldearse juntas o asegurarse juntas utilizando fijación mecánica o cualquier otro modo adecuado. Alternativamente, la carcasa podría fabricarse como un miembro unitario.

Aunque en la forma de realización mencionada anteriormente existen cinco tubos de resonador de cuarto de onda y dos resonadores Helmholtz, esto no es crítico y el número de tubos de resonador de cuarto de onda y de resonadores Helmholtz puede variar para las diferentes aplicaciones. Lo que es importante en cada aplicación es analizar el espectro de frecuencia del ruido acústico que se atenúa y después elegir la mejor combinación de los tubos resonadores de cuarto de onda y resonadores Helmholtz para atenuar el ruido acústico. Generalmente, los resonadores Helmholtz son elegidos para atenuar las porciones de baja frecuencia del espectro de frecuencia y los tubos del resonador de cuarto de onda son diseñados para atenuar los componentes de alta frecuencia del espectro de ruido de frecuencia acústica, aunque existirá un paso para las frecuencias de intervalo intermedio. Los tubos del resonador de cuarto de onda y los resonadores Helmholtz pueden fabricarse en muchas configuraciones diferentes de acuerdo con los requerimientos de empaquetado y los tubos resonadores de cuarto de onda pueden ser, por ejemplo, tubos rectos o pueden estar curvados. Efectivamente, algunos tubos del resonador de cuarto de onda se pueden girar a través de cualquier ángulo (por ejemplo, 90º). Además, los tubos del resonador de cuarto de onda podrían fabricarse con una configuración que varía tridimensionalmente, por ejemplo, se podrían formarse como una hélice. Es preferible que el área en sección transversal de cada tubo resonador de cuarto de onda sea substancialmente uniforme sobre toda su longitud.

Se apreciará que la carcasa 10 tiene una dimensión del espesor (110 mm) que es mucho más pequeña que las otras dimensiones de la carcasa. Esto permite a la carcasa colocarse, por ejemplo, por encima del motor, entre el motor y el capó, donde el espacio es limitado. La carcasa puede colocarse, de hecho, fácilmente en cualquier lugar en el bastidor del motor, por ejemplo, puede fijarse en una pared lateral del compartimento del motor. Efectivamente, el atenuador de ruido puede proporcionarse en cualquier parte del vehículo, no necesariamente en el bastidor del motor. Además, la carcasa podría servir para otro fin en el vehículo (por ejemplo, la carcasa podría ser parte de un parachoques del vehículo).

Aunque anteriormente la carcasa 10 está formada de dos partes separadas 10A y 10B, se cree que la carcasa podría estar igualmente bien formada de cualquier número de partes y, efectivamente, la carcasa podría formarse como una estructura de una sola parte.

La carcasa 10 puede fabricarse por moldeo de resina o a partir de un material fibroso. Por ejemplo, podrían utilizarse materiales poliméricos de peso ligero tales como resinas termoplásticas o resinas termoestables. También pueden utilizarse materiales compuestos.

El atenuador de ruido descrito anteriormente se ha descrito para uso en la atenuación de ruido en un sistema de inducción de aire o un sistema de escape de un motor de combustión interna, pero el atenuador de ruido podría utilizarse igualmente bien con un compresor, una turbina o una bomba. Efectivamente, el atenuador de ruido podría utilizarse en cualquier sistema (por ejemplo, un sistema de acondicionamiento de aire) que tiene una pluralidad de componentes de tubería y un componente que genera ruido o en cualquier sistema donde el gas tiene que fluir a través de una variedad de cámaras de diferentes
dimensiones.

En la forma de realización descrita anteriormente, uno de los tubos del resonador de cuarto de onda se apoya sobre un lateral del paso de inducción de gas aire que está opuesto a los otros tubos de cuarto de onda. Esta es una característica preferida, puesto que mejora las características de empaquetado.

En la forma de realización de la invención descrita anteriormente, el flujo de gas a través del primer paso 12 en la carcasa después de pasar el extremo abierto de un resonador Helmholtz debe pasar entonces por el extremo abierto de un tubo de cuarto de onda antes de pasar por el extremo abierto del segundo resonador Helmholtz. Cuando se diseña la disposición del atenuador de ruido, el diseñador tendrá en mente el hecho de que la trayectoria de flujo principal (es decir, la trayectoria de flujo de gas 12), resonará ella misma a una frecuencia particular y, por lo tanto, incluirá en el atenuador un tubo resonador de cuarto de onda o un resonador Helmholtz diseñado para atenuar el ruido creado por la resonancia de la trayectoria de flujo principal. El posicionamiento de este resonador de cuarto de onda o resonador Helmholtz se elegirá para aprovechar al máximo la ventaja del atenuador de ruido. Cuando esta posición se fija, entonces la relación de los otros resonadores entre sí se elegirá preferentemente de tal manera que los resonadores, que se abren consecutivamente (en la dirección del flujo de gas) sobre la trayectoria de flujo principal, tengan frecuencias resonantes distantes entre sí con el fin de que se obtenga la ventaja máxima de la atenuación de ruido proporcionada por cada uno de ellos. En otras palabras, es beneficioso separar los resonadores que tienen frecuencias resonantes similares. No obstante, los resonadores no tienen que colocarse necesariamente de este modo y podrían empaquetarse de cualquier modo, lo que da un buen compromiso entre el empaquetado y el rendimiento acústico.

Aunque las paredes de división descritas anteriormente, que dividen los resonadores son paredes sólidas, podrían ser igualmente también paredes de cavidad, con dos revestimientos separados por un intersticio de aire.

Las paredes de división espaciadas separadas podrían proporcionarse para cada resonador, estando separadas externamente las superficies enfrentadas de las paredes de división entre sí, por ejemplo por un intersticio de aire. Esto podría realizarse para reforzar la carcasa, puesto que las paredes de división podrían formar ondulaciones de refuerzo para la carcasa.

Aunque la carcasa descrita anteriormente está configurada como una caja rectangular y esto es ventajoso para las prácticas de fabricación y para consideraciones de empaquetado, la carcasa podría tener cualquier forma, por ejemplo, podría ser de naturaleza cilíndrica o esférica (aunque ambas formas requieren más espacio in situ que una caja rectangular de un volumen similar).

Cuando se utiliza el atenuador en un sistema de inducción de aire, puede situarse sobre el lateral "sucio" o "limpio" del filtro del aire (es decir, o bien delante o detrás del filtro del aire en la dirección del flujo de gas). Puede ser preferible mejorar la actuación de atenuación de ruido del atenuador de ruido revistiendo las superficies dirigidas hacia dentro de los resonadores con un material de amortiguación de ruido secundario (por ejemplo, fibroso). En este caso, el atenuador de ruido estaría situado en el lateral "sucio" del filtro del aire, de manera que las partículas que llegan sueltas del material de amortiguación de sonido no entrarán en el motor.

Aunque en la forma de realización descrita anteriormente, las superficies dirigidas hacia dentro de la trayectoria de flujo de gas son una superficie plástica uniforme, a esta superficie podría darse deliberadamente una rugosidad para mejorar las características de atenuación y podría estar provista con una serie de superficies de reflexión inclinadas como en una cámara anecoica.

Se describirá a continuación una segunda forma de realización de la presente invención con referencia a la figura 3, en la que se muestra un resonador que comprende una carcasa 40. La carcasa 40 tiene una entrada 4 que, en uso, está conectada a un filtro de aire de un motor de combustión interna. El aire fluye a través de un paso de flujo de gas 42 en la carcasa 40 desde la entrada de aire 41 hasta una salida de aire 43 que, en uso, estará conectada al colector de entrada de un motor. A medida que el aire fluye desde la entrada de aire 41 hasta la salida de aire 43 a través del paso de flujo de aire 42, fluirá secuencialmente más allá de:

un tubo resonador 43 de cuarto de onda configurado en forma de L,

un resonador Helmholtz 44 que tiene un paso de entrada 45 configurado en forma de L, que se abre en el paso de flujo de gas 42;

un resonador de cuarto de onda 46;

un resonador de cuarto de onda 47; y

un resonador de cuarto de onda 48.

Por lo tanto, se verá que el atenuador de ruido de la figura 3 comprende cuatro resonadores de cuarto de onda y un resonador Helmholtz. Además, como se muestra en la figura, existen tres aislantes de caucho 49A, 49B y 49C que permiten la conexión de la carcasa 40 a un cuerpo de vehículo. Los aislantes 49A, 49B y 49C atenúan la transmisión de vibración desde la carcasa 40 hasta el cuerpo del vehículo y, por lo tanto, disminuirán el ruido experimentado por el conductor.

Una tercera forma de realización de la presente invención se muestra en la figura 4, donde el atenuador de ruido tiene una carcasa 50 que tiene una entrada de aire 51 que, en uso, estará conectado con un filtro de aire de un motor de combustión interna. La carcasa 50 tiene también una salida de aire 52 que, en uso, estará conectada a un colector de entrada de aire de un motor de combustión interna. La entrada de aire 51 está conectada a la salida de aire 52 por un paso de flujo de gas 53 que comprende dos trayectorias de flujo separadas 53A y 53B a través de la carcasa 50. El aire que fluye a través de la trayectoria de flujo 51 fluirá inicialmente a través de la entrada de aire 51 y después se dividirá en un primer flujo de aire a través de la trayectoria 53A y un segundo flujo de aire a través de la trayectoria 53B. El aire que fluye a través de las trayectorias 53A y 53B se combinará de nuevo antes de pasar a través de la salida de aire 52. En la forma de realización mostrada, el área en sección transversal de la trayectoria de flujo de aire 53A será diferente al área en sección transversal de la trayectoria de flujo de aire 53B. Sobre la trayectoria del flujo de aire 53A están abiertos un resonador de tubo de cuarto de onda 54, un resonador Helmholtz 55 y un resonador de tubo de cuarto de onda 56. Sobre la trayectoria de flujo de aire 53B están abiertos un resonador Helmholtz 57, que comprende un paso de entrada 58 configurado en forma de L, y un resonador de tubo de cuarto de onda 59 configurado en forma de L.

Desviando el aire a través de las trayectorias de flujo separadas 53A y 53B, el resonador ilustrado puede proporcionar mayor oportunidad para la sintonización del resonador para eliminar efectivamente el ruido. Eligiendo el área en sección transversal de la trayectoria de flujo de aire 53A para que sea diferente al área de la trayectoria de flujo de aire 53B, se pueden poner a disposición diferentes relaciones dimensionales (es decir, las relaciones entre las áreas en sección transversal de las trayectorias de flujo de gas y las áreas en sección transversal de los resonadores).

La figura 5 muestra una cuarta forma de realización de la invención, en la que el atenuador de ruido comprende una carcasa 60 que está configurada para proporcionar un revestimiento de arco de rueda para un automóvil. Por lo tanto, se apreciará que la carcasa 60 sirve para una función doble, puesto que funciona tanto como una carcasa para el atenuador de ruido y funciona también como un componente estructural de un vehículo, a saber, un revestimiento de arco de rueda.

La carcasa 60 tiene una entrada de aire 61 y una salida de aire 62, con una trayectoria de flujo de aire 63 que conecta la entrada de aire 61 y la salida de aire 62. El aire que fluye a través de la trayectoria de flujo de aire 63 (que es una trayectoria curvada, debido a la naturaleza curvada del revestimiento del arco de la rueda), pasa secuencialmente más allá de:

un resonador Helmholtz 64 que tiene un paso de entrada 65 configurado en forma de L;

un resonador de tubo de cuarto de onda configurado 66 en forma de U;

un resonador de tubo de cuarto de onda 67 configurado en forma de L;

un resonador Helmholtz 68 que tiene un paso de entrada 69 configurado en forma de L;

un resonador de tubo de cuarto de onda 70;

un resonador de tubo de cuarto de onda 71 configurado en forma de L; y

un resonador Helmholtz 73 que tiene un paso de entrada 72 configurado en forma de L.

El uso de la carcasa 60 para proporcionar un revestimiento de arco de rueda tendrá la ventaja de ahorro de coste general y de peso para el automóvil, que no requerirá componentes separados de un atenuador de ruido y un revestimiento del arco de la rueda. Además, el uso de la carcasa 60 como un revestimiento de la rueda es un aprovechamiento del espacio muerto en el vehículo, de manera que el bastidor del motor se puede mantener ordenado.

Se apreciará que la presente invención en todas sus formas de realización tiene numerosas ventajas. Mientras que un sistema resonador distribuido actual en un automóvil comprende aproximadamente 12 litros de volumen resonador, éste se puede reducir aproximadamente a 7 litros, con una reducción del ruido de conducción desde 77 dB hasta 74 dB. Además, la unidad integrada proporcionada por la presente invención es de peso reducido en comparación con el sistema resonador distribuido y es también de coste reducido. Adicionalmente, la caída de la presión a través de la unidad integrada es inferior a la combinación de las caídas de la presión a través de unidades distribuidas y esto puede conducir a una mejora de la salida de potencia del motor. La unidad integrada se puede utilizar como un componente estructural del vehículo, por ejemplo un revestimiento del arco de la rueda o como un revestimiento de capó. La unidad integrada se puede fabricar más rígida que los componentes separados que se utilizan normalmente y también es fácil de conectar la unidad integrada a través de aislantes a un cuerpo de vehículo; todos estos factores reducen la vibración transmitida al cuerpo del vehículo por el atenuador de ruido.

Se ha encontrado que la interacción de los resonadores Helmholtz y de cuarto de onda dentro de una unidad integrada tiene un efecto beneficioso para la consecución de grados mayores de reducción de ruido con volumen reducido. La localización de los resonadores de cuarto de onda y Helmholtz en una unidad integrada conduce a un efecto sinérgico en la cancelación del ruido. Este es el motivo por el que se supuso anteriormente que sería mejor localizar los atenuadores de ruido separados en partes diferentes en la trayectoria de flujo de aire de un sistema de inducción de aire de un vehículo, para tener en consideración la forma en onda del perfil de la presión del aire que fluye a través de la trayectoria de entrada de
aire.

El resonador Helmholtz en la unidad integrada proporcionará una anchura de banda mejor definida de la cancelación de ruido que la anchura de banda proporcionada por los resonadores de tubo de cuarto de onda. La interacción de los resonadores Helmholtz y los resonadores de tubo de cuarto de onda en una unidad integrada conduce a la optimización y esto significa que el volumen del resonador de la unidad integrada se puede reducir con relación al volumen obtenido por la suma de los resonadores si fueran conectados como componentes separados.

La presente invención puede conducir a un ahorro de coste, debido a que las unidades integradas proporcionadas por la presente invención se pueden fabricar por un proceso de moldeo en dos partes. Un proceso de moldeo por inyección que utiliza un material a base de nylon sería particularmente beneficioso al proporcionar un resonador con tolerancias grandes, pero un buen grado de rigidez.

Claims (32)

1. Un atenuador de ruido para un sistema de inducción o un sistema de escape que comprende una carcasa que tiene:

una entrada de gas,

una salida de gas,

un primer paso de flujo de gas dentro de la carcasa que conecta la entrada de gas a la salida de gas, y

un tubo resonador de cuarto de onda dentro de la carcasa que se abre sobre el primer paso de flujo de gas, donde:

la carcasa tiene una parte moldeada con una base y canales abiertos formados en la base por paredes laterales que se extienden perpendicularmente desde la base; y

la carcasa tiene una pluralidad de paredes de división que comprenden las paredes laterales de la parte moldeada y que en parte definen el primer paso de flujo de gas y el tubo de resonador de cuarto de onda;

caracterizado porque se proporciona adicionalmente dentro de la carcasa un resonador Helmholtz definido en parte por las paredes de división de la carcasa, abriéndose el resonador Helmholtz en el primer paso de flujo de gas, por lo que el resonador Helmholtz y el tubo resonador de cuarto de onda se integran juntos en una unidad individual y la unidad individual se puede conectar y desconectar desde el sistema de inducción o el sistema de escape.

2. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 1, donde al menos una pared de división tiene un lado que proporciona una superficie dirigida hacia adentro del tubo resonador de cuarto de onda y un segundo lado que proporciona una superficie dirigida hacia adentro del resonador Helmholtz.

3. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 que se fabrica como un componente autónomo y donde el primer paso de flujo de gas es una trayectoria de flujo fija y no flexible.

4. Un atenuador de ruido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la carcasa comprende dos partes moldeadas que, cuando están unidas juntas, proporcionan las paredes de división y definen el primer paso de flujo de gas, el tubo resonador de cuarto de onda y el resonador Helmholtz.

5. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el tubo de cuarto de onda tiene una sección transversal axial no circular.

6. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 5, donde cada tubo resonador de cuarto de onda presenta una sección transversal axial generalmente rectangular.

7. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el resonador Helmholtz tiene un paso de entrada de sección transversal axial no circular.

8. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 7, donde el paso de entrada del resonador Helmholtz tiene una sección transversal axial generalmente rectangular.

9. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde una pluralidad de pasos de flujo de gas están previstos en la carcasa que conecta la entrada de gas a la salida de gas, donde al menos un tubo resonador de cuarto de onda o resonador Helmholtz se abre sobre cada paso de flujo de gas, y donde al menos un paso de flujo de gas tiene una relación de aspecto diferente a otro paso de flujo de gas.

10. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende medios de montaje para asegurar la carcasa a un cuerpo de vehículo; comprendiendo los medios de montaje medios de aislamiento que atenúan la transmisión de vibración desde la carcasa al cuerpo de vehículo.

11. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindiaciones 1 a 10, que comprende adicionalmente un segundo resonador Helmholtz dentro de la carcasa.

12. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende adicionalmente una pluralidad de tubos resonadores de cuarto de onda dentro de la carcasa.

13. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 12, donde al menos un primer tubo resonador de cuarto de onda está previsto en un lado del primer paso de flujo de gas y al menos un segundo tubo resonador de cuarto de onda está previsto en el lado opuesto del primer paso de flujo de gas.

14. Un atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, donde al menos un resonador de cuarto de onda está configurado en forma de L. (no pone la palabra "tubo").

15. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 o 14, donde al menos un tubo resonador de cuarto de onda tiene una porción recta y una porción curvada.

16. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reividicaciones 1 a 15, donde el o un resonador Helmholtz tiene una cavidad que está configurada en forma de L en la sección transversal.

17. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el o un resonador Helmholtz tiene una cavidad que está definida al menos parcialmente por una superficie curvada.

18. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la carcasa está construida de manera que tiene una primera dimensión que es más pequeña que la mitad de cada una de las otras dos dimensiones de la carcasa.

19. Un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el primer paso de flujo de gas está definido dentro de la carcasa de tal manera que el gas que fluye a través del primero paso de flujo de gas pasa secuencialmente más allá del resonador o resonadores Helmholtz y el tubo o tubos resonadores de cuarto de onda que se abren sobre el primer paso de flujo de gas.

20. Un atenuador de ruido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores para uso en un automóvil, donde la carcasa contiene un volumen resonador en el intervalo de 6 a 10 litros.

21. Un método de fabricación del atenuador de ruido de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende moldear una primera parte de la carcasa con la base y los canales abiertos formados en la base por las paredes laterales, moldear una segunda parte de la carcasa con una base que tiene canales abiertos coincidentes formados en la base por las paredes laterales que se extienden perpendicularmente desde la base y unir la primera y la segunda parte juntas para que los canales abiertos coincidentes de la primera y de la segunda partes cooperen para definir todos los primeros pasos de flujo de gas, los resonadores Helmholtz y los resonadores de tubos de cuarto de onda dentro de la carcasa.

22. Un método de fabricación como se describe en la reivindicación 21 donde al menos una parte está formada mediante moldeo por inyección.

23. Un método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 22, donde al menos una parte está fabricada de polipropileno.

24. Un método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 23 donde al menos una parte está fabricada de plástico a base de nylon.

25. Un método de uso del atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 en un vehículo que comprende utilizar la carcasa del atenuador de ruido para proporcionar una parte estructural del vehículo.

26. Un método de uso de acuerdo con la reivindicación 25 que comprende utilizar la carcasa para definir un revestimiento del arco de la rueda.

27. Un método de uso de acuerdo con la reivindicación 25 que comprende utilizar la carcasa para definir parte de un parachoques.

28. Un sistema de inducción de aire de un motor de combustión interna, que comprende un filtro de aire, un colector de entrada y el atenuador de ruido reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el filtro de aire está conectado a la entrada de gas del atenuador de ruido y el colector de entrada está conectado a la salida de gas del atenuador de ruido.

29. Un sistema de inducción de aire de un motor de combustión interna, que comprende un filtro de aire, una entrada de aire y el atenuador de ruido reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde la entrada de aire está conectado a la entrada de gas de la carcasa del atenuador de ruido y la salida de gas de la carcasa del atenuador de ruido está conectado al filtro de aire.

30. Un sistema de inducción de aire de acuerdo con la reivindicación 28, donde una superficie dirigida hacia adentro de un tubo o del tubo resonador de cuarto de onda en la carcasa está revestida al menos parcialmente con un material secundario que mejora la atenuación de ruido.

31. Un sistema de inducción de aire de acuerdo con la reivindicación 28 o la reivindicación 30 donde una superficie dirigida hacia adentro o del resonador Helmholtz está revestida al menos parcialmente con un material secundario que mejora la atenuación del ruido.

32. Un sistema de escape para un motor de combustión interna que comprende un colector de escape, una salida de escape, y un atenuador de ruido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el colector de escape está conectado a la entrada de gas de la carcasa del atenuador de ruido y la salida de escape está conectada a la salida de gas de la carcasa del atenuador de ruido.