氣道衰減器的製作方法

2023-09-27 06:22:15 1

專利名稱：氣道衰減器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於氣道的衰減器，特別地但非排他地，涉及用於車輛內燃發動機的進氣道的衰減器。本發明的多個方面涉及衰減器、裝置、發動機以及車輛。
背景技術：
車輛發動機需要過濾後的進氣以使發動機運動部件的磨損最小。通常，空氣濾清器安裝成與發動機進氣歧管隔開一段距離，因此需要封閉的管道以將清潔的空氣從空氣濾清器傳送至發動機。此管道的尺寸、形狀和排布由最大發動機氣流要求、以及用於其他發動機艙裝備的空間和組裝要求來確定。被限制在供氣道內的氣流傾向於產生噪聲，還可能經由管道的安裝件產生車輛結構的振動。這種噪聲和振動的頻率範圍傾向於為寬範圍，而在某些頻率下，管道中的空氣和 /或管道本身可能共振從而增大噪聲和振動。與發動機進氣相關聯的噪聲和振動對於車輛乘員而言可能是明顯能被察覺的，需要提供衰減，特別地，低於2000Hz。隔離和消聲提供了一種可能的解決方案，但總體管道尺寸的增加可能難以容置在擁擠的發動機艙中。有可能無法在管道的整個長度上隔離管道， 此外由於有被車輛發動機吸入的風險，因而管道內的鬆散材料是不合乎要求的。另一解決方案是通過更好地設計供氣道來消除噪聲和振動，為此已經使用經調諧的四分之一波長諧振器和Helmholtz (赫爾姆霍茨)型諧振器以在窄頻帶之上——特別是產生共振的頻率處——提供衰減。可以使用若干四分之一波長諧振器或Helmholtz型諧振器以在多個窄頻帶上提供衰減，但可用的發動機艙空間有限，所有這可能不是實用的可能性，特別是由於每個這種諧振器均傾向於具有相當大的體積。

發明內容
所需要的是用於在寬頻帶上衰減噪聲和振動的緊湊型裝置，其製造經濟並且能夠提供美學上可接受的發動機蓋下外觀。此外，此緊湊型裝置應能夠在基本不改變發動機艙內的總體尺寸和位置的情況下容許調諧，優選地適合於具有介於四個與八個之間的氣缸的汽油發動機和柴油發動機的所有構型。本發明的目標是解決一個或多個這些問題。本發明的實施方式可以提供用於流體管道的衰減器，該衰減器實現在緊湊型組件內對進氣道中引起的噪聲和振動有效的寬頻帶衰減。根據下文描述、權利要求和附圖，本發明的其他目標和優點將變得顯而易見。因此，根據所附權利要求，本發明的多個方面提供衰減器、發動機和車輛。根據本發明尋求保護的一個方面，提供了一種用於衰減流體管道內的噪聲和/或振動的裝置，該裝置包括具有壁、入口和出口的管、環繞所述管的外罩、以及至少一個環形障板(baffle),該環形障板將外罩分成位於所述障板一側的第一腔室或主腔室和位於所述障板另一側的第二腔室或副腔室，其中，管的內部經由管壁上的孔與主腔室流體連通，而副腔室經由障板上的開口與主腔室連通。在本說明書中，術語「孔」和「開口」被用作在管壁的通道與障板的通道之間進行區分的便利方式，而無意於限制形狀、尺寸或外觀。類似地，術語「主」和「副」無意於暗示諸如尺寸、位置或相對的功能重要性之類的任意特別的特性或以任何方式進行限制，且術語「第一」和「第二」可以同等地使用。在一個實施方式中，除了孔和開口之外，主腔室和副腔室是封閉的。可以設置多個孔和/或多個開口。本發明的衰減器包括連續設置的主腔室和副腔室，並且已經示出為提供對在進氣道內引起的噪聲和振動的有效的寬頻帶——特別地在500-2000HZ範圍內——的衰減。此衰減器是緊湊的，並且通常但並非必不可少地包括繞進氣道的直部大體同軸地設置的圓形或橢圓形截面的外罩。圓形或橢圓形被認為提供最佳性能。然而，基本上可以是諸如正方形、矩形、六邊形等之類的任意其他橫截面形狀，而進氣道和外罩可以基本上不同軸。本發明的特別特徵是衰減器具有許多可調節參數，這允許通過調節其內部部件在允許的安裝極限(installation envelope)內進行寬頻帶響應的調諧。本發明的衰減器已經示出為保證處於4缸至8缸範圍內的發動機，並被認為適用於具有多個氣缸的所有汽油發動機和柴油發動機。因此，外罩的外徑和長度以及管和外罩的橫向尺寸比是可選擇的。外罩的外部形狀可以沿著其長度而變化，例如從一端連續變窄。在衰減器內，與主腔室相對應的管的長度是可選擇的，因此主腔室和副腔室的相對軸向尺寸是可選擇的。此外，孔和開口的面積和數量是可選擇的。在一個實施方式中，開口繞著所述管大致等間隔，例如等角度間隔。在一個實施方式中，障板大致垂直於進氣道的流動方向，使得相對於所述流動方向而言，所述孔是總體沿徑向的，而開口是總體沿軸向的。在一個實施方式中，設置有第二障板以提供兩個副腔室，在主腔室的每一側各有一個副腔室。該副腔室可以例如通過設置相同的橫截面積但具有不同的軸向尺寸而具有不同容積。每個這種副腔室的開口的數量和尺寸可以是不同的。可以理解，本發明的衰減器允許內部構型的很大變化。在另一實施方式中，可以設置兩個主腔室，每個主腔室具有與之關聯的副腔室。優選地，兩個副腔室相鄰，並由實體壁(solid wall)隔離。外罩可以具有任意適當的橫截面輪廓，但通常為圓形或橢圓形，並且總體與進氣道同軸。障板和實體壁(如果設置有)優選地設置在平行平面內。如果需要，外罩可以朝向一端漸縮。在具有兩個副腔室的實施方式中，漸縮設計可以提供具有不同容積但具有相同長度的副腔室。漸縮的外罩還可以提供具有不同容積但具有相同長度的兩個主腔室。衰減器可以設置為插入流體管道中以替代該流體管道的一部分。在此情況下，管的入口和出口可以設置為與流體管道的鄰接部分密封地聯接。管可以與外罩一體地或整體地形成。在替代性實施方式中，衰減器可以設置為環繞不完全形成衰減器的一部分的流體管道的已有節段或部分。因此，根據本發明尋求保護的又一方面，設置有用於流體管道的衰減器，該衰減器包括設置為大致環繞流體管道的外罩、以及將外罩分成主腔室和副腔室的障板，其中，主腔室經由流體管道的壁上的孔而與流體管道的內部流體連通，副腔室經由障板上的開口而與主腔室連通。兩個副腔室可以設置為與單個主腔室相連，或者設置為與各自的主腔室相連。在一個實施方式中，外罩可以由設置為環繞流體管道的兩個半部構成。兩個半部可以在其一個邊緣處鉸接在一起而成蛤殼式裝置，並且適於繞管道夾緊，並在其相對邊緣處緊固在一起。替代性地，兩個半部可以是獨立的，並且藉助於適當的緊固件繞管道夾緊在一起。 這種緊固件可以與衰減器半部一體地形成，或者可以由諸如帶、繩或蝸杆驅動式夾具之類的分開的夾緊裝置構成。在此實施方式中，所需孔必須在將外罩環繞管道安裝之前形成在流體管道壁上。在另一實施方式中，管狀殼體可以包括外罩，並且在其中插入有包括流體管道和障板的整體部件。可以由外罩提供一個端壁，而由整體部件提供另一個端壁，使得在插入整體部件時形成封閉的外罩。整體部件的端壁可以以任意適當的大致氣密的方式固定至外罩。優選地，殼體為漸縮形，整體組件從大直徑端插入。在本發明的實施方式中，所述主腔室或每個主腔室總體構成用於衰減高頻的諧振器，而所述副腔室或每個副腔室構成用於衰減低頻的諧振器。在此應用的範圍內，可以設想在前述段落中、在權利要求中和/或在下文描述和附圖中陳述的每個以及各個方面、實施方式、示例、特徵和替代物均可以被獨立採用或以它們的任意組合的方式而被採用。關聯於本發明的一個實施方式所描述的特徵能夠等同地應用於其他實施方式，除非存在特徵的不相容性。


現在將參照附圖僅以示例的方式描述本發明，其中圖I是車輛內燃發動機的進氣管道的示意圖；圖2是穿過根據本發明的衰減器(attenuator)的第一實施方式的立體圖；圖3至圖5以圖形的方式示出了本發明實施方式的效果；圖6至圖7圖示了用於本發明實施方式的不同的孔形狀；圖8圖示了本發明第二實施方式的示意截面圖；圖9以圖形的方式示出了第二實施方式的頻率響應；圖10以圖形的方式示出了調整第二實施方式的參數的效果；和圖11是穿過根據本發明另一實施方式的衰減器的立體圖。
具體實施例方式圖I示意性地圖示了用於內燃發動機(I)的進氣裝置，該進氣裝置包括具有進氣道(3)、供氣道(4)和過濾元件(5)的空氣過濾箱(2)。由箭頭(6)指示的未過濾的空氣穿過過濾元件(5)經由供氣道(4)到達發動機的進氣部件。供氣道(4)內設置有衰減器(7) 以衰減噪聲和振動。圖2更詳細地示出了衰減器(7)的示例。供氣道(4)無障礙地穿過衰減器，使得空氣流不物理地受阻礙。本實施方式的衰減器包括與供氣道同軸的管狀鼓形件(9)，出於圖示的目的，該鼓形件(9)的截面為圓形。該鼓形件具有垂直端板(10)、並且在內部通過兩個環形障板(baffle) (16,18)分成三個腔室(11、12、13)。如上文指出的，也可以設想單個障板的實施方式。供氣道(4)經由孔(17)與中間腔室(12)連通，而中間腔室(12)經由開口 (15,19) 與端部腔室(12、13)連通。除了孔和開口(15、17、19)之外，腔室(11、12、13)是封閉的、並且提供了易於調諧的多個諧振器(resonator)以提供對噪聲和振動的寬頻帶的衰減。本實施方式中提供的設計變量包括-每個腔室的軸向長度-腔室的外徑-供氣道的直徑-帶穿孔的供氣道的長度-供氣道的穿孔尺寸-供氣道的穿孔數量-障板的穿孔尺寸-障板的穿孔數量圖3至圖5示出了改變衰減器的一個或多個可調節參數以最佳地衰減進氣道內的某些噪聲和振動頻率的一些效果。所有這些圖均示出了相對於頻率(F)所繪製的傳輸損耗 (TL)的圖形。頻率範圍為大約0-2000HZ，傳輸損耗處於0-40dB範圍。本發明在500-2000HZ 頻率範圍內提供了良好的衰減，而迄今為止很難在緊湊型裝置內提供這樣的衰減。參照圖3，出於比較的目的，線31表示由具有常規構造一通常為垂直於進氣道並且長度為進氣道直徑的3至5倍的封閉管——的四分之一波長諧振器所提供的窄頻帶衰減。帶兩個第二腔室的、呈圖2所示的總體形狀的諧振器具有流動直徑為57. 6mm的圓形進氣道，以及內徑為115. 2mm的圓形同軸外罩(enclosure)。主腔室和每個副腔室均具有 50mm的軸向長度。障板穿孔設置成具有IOmm直徑，通過增加這種穿孔的數量，可以使諧振器的頻率響應如線(32、33)和方向箭頭(34)所指示的那樣向上並向右移動。圖4示出了在障板穿孔的數量固定不變的情況下、增加副腔室軸向長度、在具有相同形狀和尺寸的諧振器中的效果。如線(42、43)和方向箭頭(44)所指示的，諧振器的響應向左移動、長度增加。圖5示出了副腔室的總軸向長度不變、從單障板改變為雙障板構造的效果。在此情況下，如線(52)和(53)以及箭頭(54)所表示的，通過採用雙障板，響應向上並向右移動。可以理解，如上文指出的，存在許多種改變參數以及改變諸如管壁上的孔的形狀和構型以及障板上的開口的形狀和構型之類的其他特徵的可能性。例如，孔可以為簡單的孔(圖6)的構型、或者具有通過穿孔(piercing)操作(圖7)形成的喉部，這可以例如由副腔室呈現出不同的頻率響應。因此，可以對諧振器進行調諧以提供所要求的頻率響應。圖8圖示了本發明第二實施方式的示意截面圖，第二實施方式包括供氣道(60)， 該供氣道￠0)提供沿著由箭頭￠1)指示的方向的不受阻礙的空氣流。衰減器包括與供氣道同軸的漸縮的管狀鼓形件出2)。供氣道￠0)和鼓形件￠2)通常但不必需為圓形截面。鼓形件￠2)具有垂直端板￠3)、並且通過無孔環形壁￠4)和位於該無孔環形壁￠4)兩側的環形障板(65、66)而被分為4個腔室。供氣道經由孔(67)與構成主腔室的端部腔室(71、72)連通，每個主腔室(71、72) 經由開口(68)與相關聯的副腔室(73、74)連通。副腔室(73、74)緊緊相鄰，由實體壁(64) 隔離從而相互獨立。基本沒有穿過孔的流動產生，但是在孔的附近可能會出現少量湍流。在一種組裝方法中，鼓形件￠2)由適當的塑料模製為帶有較小端壁^3a)。包括供氣道(60)、壁(64)、障板(65、66)和較大端壁(63b)的整體塑料模製件插入穿過鼓形件的口部、並以任意適當的方式例如超聲波焊接或卡扣裝配而密封至鼓形件的口部。每個障板可藉助於漸縮度而接合鼓形件的內表面，也可以座靠於肋部；如果有要求，可以提供適當的密封劑或粘合劑。開口(68)無需如圖示那樣設置為穿過障板，而可以呈位於外周邊緣處的切除部的構型，以便在將障板組裝在外罩內時形成孔。該切除部可具有諸如「C」形或「U」形之類的規則對稱形狀，也可以是不規則的以適合製造過程一所要求的是這些切除部具有大致相同的橫截面面積。由第二實施方式所提供的以允許調諧的變量與關於第一實施方式所描述的一樣，但額外地，主腔室和副腔室具有略微不同的共振頻率，這允許共振頻帶的疊加 (super-position)及增強的效果。圖9示出了圖8所示示例的頻率響應,該示例具有75mm的供氣道內徑,從位於一端的98mm的內徑擴大至位於另一端的109mm的內徑的錐形外罩，以及94mm的總長度。每個副腔室(73、74)具有20_的長度；用於每個主腔室的孔(67)為8X 15_ ;用於每個腔室對的開口(68)為8X9mm。在圖9中相對於頻率繪製了傳輸損耗的圖形。孔的尺寸可進行相當大的變化；在另一實施方式中，用於較小腔室(71)的孔為8X9_，而用於較大腔室(72) 的孔為4 X 9mm。大腔室對(72、74)的單獨響應包括約800Hz處的衰減峰值。較小腔室對(71、73) 的衰減峰值在1000Hz處，其組合效果包括約1500Hz處的峰值。如上文指出的，這些共振頻率可以通過調節衰減器的參數來調諧，而不改變由該衰減器所限定的空間極限(space envelope)。如果空間允許,可以通過增大圖8的構型的直徑來增加傳輸損耗(衰減),而無需增加總長度。本實施方式描述為副腔室緊緊相鄰，但它們也可能在最外側，而主腔室沿軸向在內側，或者設置為一個在端部處而一個朝向中央。這些可能性允許出於調諧目的的進一步調節。圖10中圖示了用於調諧的可能性的示例，其中，通過僅僅使用於每個主腔室的 15mm孔(67)的數量從2逐漸變化至8來改變圖8所示的基本構型。可以觀察到，僅通過此措施，可以將衰減峰值從約700Hz移動至約1300Hz。本發明的衰減器並不局限於與氣道的基本直的或線性的部分一起使用。相反，本發明的有利實施方式涉及將衰減器設置在氣道中的彎曲部處或者靠近氣道中的彎曲部設置。通過示例的方式，圖11圖示了將衰減器設置在氣道中的90度彎曲部處的設置。在此實施方式中，障板相對於彼此成角度或傾斜以適應氣道方向的變化。此外，衰減器殼體的橫截面為大體方形或矩形，障板的尺寸根據它們在殼體內的布置而不同。在構型和功能方面與上文描述的設置不存在實質差異的這種裝置可便利某些應用中的組裝。儘管已經參照內燃發動機中的應用描述了本發明，但也可以設想其他的非車用應用。本發明可以在其中有諸如空氣之類的流體穿過管道的任意系統中提供有用的噪聲衰減，而不局限於本文描述的設置和用途。
權利要求
1.一種衰減器，所述衰減器用於流體管道並且包括管、環繞所述管的外罩、以及環形障板，所述管具有壁、入口和出口，所述環形障板將所述外罩分成主腔室和副腔室，其中，所述管的內部經由管壁上的孔與所述主腔室流體連通，而所述副腔室經由所述障板上的開口與所述主腔室連通。
2.根據權利要求I所述的衰減器，其中，所述障板大致垂直於所述管的軸線。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的衰減器，其中，所述外罩的截面為大致圓形或橢圓形。
4.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述外罩沿著穿過所述管的流體流的方向具有大致為變化的截面。
5.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述開口繞所述管大致等間隔。
6.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述孔的總橫截面積大於所述開口的總橫截面積。
7.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述外罩的最大橫向尺寸小於所述管的最大橫向尺寸的三倍。
8.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述孔具有大致相等的橫截面積，並且每個孔具有處於5-100mm2範圍內的橫截面積。
9.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述開口具有大致相等的橫截面積，並且每個開口具有處於100-300mm2範圍內的橫截面積。
10.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，具有限定兩個副腔室的兩個障板， 所述兩個副腔室分別與主腔室相關聯。
11.根據權利要求10所述的衰減器，其中，所述副腔室設置成在主腔室的每一側有一個所述副腔室。
12.根據權利要求10
13.根據權利要求12
14.根據權利要求10 容積。
15.根據權利要求同數量和尺寸的開口。
16.根據權利要求或權利要求11所述的衰減器，具有兩個主腔室。所述的衰減器，其中，所述主腔室位於所述外罩的相對兩端處。至13中的任意一項所述的衰減器，其中，所述副腔室具有不同的.10至14中的任意一項所述的衰減器，其中，每個障板在其中具有相.10至15中的任意一項所述的衰減器，其中，所述主腔室和所述副腔室沿著穿過所述管的流體流的方向具有大致相同的長度。
17.根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器，其中，所述外罩的最大軸向尺寸與橫向尺寸比為5 I或更小。
18.具有根據前述權利要求中的任意一項所述的衰減器的發動機或車輛。
全文摘要
一種用於內燃發動機進氣道的衰減器，包括具有環繞式外罩(9)的無障礙管(4)，該環繞式外罩(9)分為與進氣管流體連通的主腔室(11)和與主腔室流體連通的副腔室(12)。可以設置兩個副腔室(12、13)。該裝置可以被調諧以衰減寬的頻率範圍。
文檔編號F01N1/02GK102606270SQ20111031945
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月18日 優先權日2010年10月19日
發明者張兆華 申請人:捷豹汽車有限公司