CN1075595C

CN1075595C - 一体式谐振器和过滤器装置

Info

Publication number: CN1075595C
Application number: CN97195108A
Authority: CN
Inventors: G·R·格林哈姆; D·T·里奇; J·C·杜卡; W·M·瓦格纳; B·A·迈特斯; E·A·斯坦布克
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2001-11-28
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: BR9709742A; PL329559A1; CN1220720A; KR20000065031A; EP0894190A1; WO1997041345A1; EP0894190B1; KR100468199B1; AU2743797A; US5792247A; CA2252548A1; JP2000509458A; DE69709082T2; AU722515B2; DE69709082D1; ZA973640B; US6048386A; ATE210784T1

Abstract

一种一体式过滤器和谐振器装置，包括位于一亥姆霍兹谐振器上游的过滤件。第一个实施例包括并排地位于外壳中的过滤件。其它实施例包括具有一管子的过滤件，该管子在过滤件下流略微弯曲。另一实施例包括用于使噪音衰减的连接腔。

Description

一体式谐振器和过滤器装置

发明背景

1．发明领域

本发明涉及一种用于过滤空气和降低噪音的一体式过滤器和谐振器装置，具体地涉及可与一导管串接的装置。

2．现有技术的描述

关于发动机、如内燃机的过滤空气系统和降低噪音系统都是众所周知的。内燃机一般都具有多个导管以将空气引入发动机中，该发动机通常包括一进气通气管、一空气净化器、一进气导管和一进气支管。另外，在火花点火的内燃机中还有一节流机构或节流体。

空气净化器构件是由过滤器逐渐发展成的，该过滤器中油施加到过滤介质上，用于将微粒捕获在位于发动机顶部的环形结构的呈皱折式的过滤器中。在现有汽车中所采用的过滤器一般是板式过滤器以便配合到较小的发动机室的拥挤空间中。然而，可以认识到，在目前和未来的车辆设计中需要有能串接到一导管上的更有效和更小的过滤器。

亥姆霍兹谐振器装置要求有构成一谐振器腔室的较大容积以及与噪音源的连接形式。然而，所需的较大容积占据了发动机室内的有效空间，这有效空间在当今发动机设计中是非常宝贵的。另外，由于谐振器室一般需要较大容积，所以其可放置得远离噪音源，从而需要导管工作时会使腔室占据额外容积。

由于过滤器和谐振器一般为有令人满意的性能皆需要一增大的腔室，所以可以认识到，可混合这增大的容积以减小分离过滤器和谐振器装置所需的总体体积。除了两个分离的装置所需的体积之外，对于两个装置而不是一单个混合的装置，为了导管工作需要的额外体积。

所以可见，需要一种比传统装置占据体积少的新颖且改进的谐振器和过滤器装置。这种装置采用单个体积就放置谐振器和过滤器装置。另外，过滤器装置应提供能够导入谐振器装置的基本上为一直线的直通流道。该装置还应当可直接串接地插入一导管或其它腔室中，而占少量空间。本发明提出这些以及其它与过滤器和谐振器装置有关的装置。

发明概述

本发明的目的在于提供一种新颖的改进型谐振器和过滤器装置，该装置体积小。

为实现上述目的，本发明提供了一种在一流体从上游向下游流过的外壳中的串接谐振器和过滤器装置，包括：槽式过滤介质，所述过滤介质包括一波纹片和形成槽腔壁的至少一层面层，从而形成在纵向延伸的多个槽腔，并且一端封闭、一端开口，其中相邻腔具有交替的相对开口和封闭端，流体流入上游端开口经过槽腔壁再流出下游端开口；一谐振腔；其特点为：所述过滤介质串联地位于所述外壳中，所述谐振腔位于所述过滤介质下游外壳内并靠近下游端开口；以及一位于所述谐振腔中的管子。

本发明的装置在一较佳实施例中包括一槽式过滤件。在过滤件的下游是一结合在同一个外壳中的谐振器装置。在多个实施例中，采用一种具有带有直管的一室的亥姆霍兹谐振器，该结构具有如此的尺寸，使该盖以由谐振器的几何形状决定的单一频率谐振。谐振器装置一般直接连接到一进入一发动机通风系统或其它噪音源的导管上。该谐振器和过滤器在一个较佳实施例中位于一外壳内的一体构成的装置中，该装置可串接地插入一导管中，而成为导管的一部分。

本发明的这些新颖特点和多个其它优点在本文所附、并成为其一部分的权利要求书具体地指出。然而，为了更好地理解本发明、其优点和使用效果，可参见结合构成本文中另一部分的附图对本发明的一个实施例所作的描述。

附图的简述

在附图中，相同字母和标号在多个视图中表示对应的部分：

图1示出了一用于本发明过滤装置的双面槽式过滤介质的立体图；

图2A-2B示出了制造图1所示过滤介质的方法的图表；

图3是铺在本发明的块状结构中的槽式过滤介质的立体图；

图4是图3所示过滤件的一层单面过滤介质的局部立体图；

图5是盘卷在本发明的一圆柱形结构中槽式过滤介质的立体图；

图6是用于图5所示过滤件的一部分盘卷槽式过滤介质的局部立体图；

图7是本发明的一谐振器和过滤器装置第一个实施例的端视图；

图8是图7中所示谐振器和过滤器装置局部剖切的俯视图；

图9是谐振器和过滤器装置沿图8中线9-9的侧视截面图；

图10是一谐振器和过滤器装置第二个实施例的局部剖切侧视图；

图11是图10中所示谐振器和过滤器装置的局部剖切俯视图；

图12是本发明的谐振器和过滤器装置的第三个实施例的端视图；

图13是沿图12中线13-13的侧视截面图；

图14是本发明的谐振器和过滤器装置的第四个实施例的端视图；

图15是谐振器和过滤器装置沿图14中线15-15的截面图；

图16是图15中所示谐振器和过滤器装置中的谐振器沿线16-16的截面图；

图17是本发明谐振器和过滤器装置的第五个实施例的端视图；

图18是谐振器和过滤器装置沿图17中线18-18的侧视截面图；

图19是安装到一普通内燃机的进气支管上的一组合式过滤器/谐振器的立体图；

图20是连接到一内燃机的进气支管上的一体式过滤器和谐振器装置的一立体图；

图21是具有连接到位于过滤件下游的进气支管上的谐振器容积的一体式谐振器和过滤器装置的一立体图；以及

图22是用于图14所示谐振器装置的噪音衰减与频率的图表。

较佳实施例的详细描述

现参见附图，特别地参见图1，图中示出了一层双面可渗透槽式过滤介质的一部分，总的由标号22示出。槽式过滤介质22包括多个槽24，这些槽构成一改进的瓦楞式材料。槽腔24由一中心波纹片30构成，其安装在包括一第一面层32A和一第二面层32B的面层32之间而形成交替的槽峰26和槽谷28。槽谷28和槽峰26将多个槽分成一上排和一下排。在图1所示的结构中，上排槽构成封闭在下游端的槽腔36，而上游封闭端槽34是下排槽腔。槽腔34由第一端封条38封闭，该封条充填在波纹片30和第二面层32B之间的槽的上游端一部分。同样地，第二端封条40封闭交替槽36的下游端。粘层42可将槽24的槽峰26和槽谷28连接到面层32A和32B上。槽24和端部封条38、40提供一过滤件，其结构不需要一外壳而是自撑式结构。

过滤时，未过滤流体进入上游端开口的槽腔36，如阴影箭头所示。一旦进入槽腔36，未过滤流体流由第二端封条40阻塞。所以，流体被迫经过波纹片30或面层32前进。当未过滤流体经过波纹片30或面层32时，流体经过过滤器介质层过滤，如未加阴影的箭头所指。然后，流体自由地流过槽腔34，这些槽腔的上游端关闭，流体流出下游端而流出过滤介质。采用所示结构，未过滤的流体可经过波纹片30、上面层32A或下面层32B以及进入其下游侧打开的槽腔34而过滤。

参见图2A-2B，图中示出了将在下文介绍的可堆叠或卷绕而构成过滤件的槽式过滤介质的制造过程方法。可以认识到，当过滤介质铺层或盘卷成相邻层相互接触时，仅需要一层面层32，因为其可以起到用于一波纹片的顶层和另一波纹片的底层作用。所以，可以认识到，波纹片30需要施加到仅仅层面层32上。

如图2A所示，一第一过滤介质层30从一系列辊上输出到达构成一箝口的相对波纹辊44。辊44具有相互啮合的波纹表面以使夹在辊44和45之间的第一层30起波纹。如图2B所示，第一波纹片30和过滤介质32的第二平层一起输入到形成于第一个波纹辊44和一相对辊45之间的第二箝口中。接合在波纹辊44和相对辊45之间之前，一密封胶施加器47沿着第二层32的上表面施加一密封胶46。在制造运行开始时，当第一层30和第二层32经过辊44和45时，这些层落下。然而当施加密封胶46时，密封胶46在波纹片30和面层32之间形成第一端封条38。槽谷28具有在其顶部隔开设置的附加固定的封条42，或者也可固定到面层32上以形成槽腔34。面层32的一条边密封到波纹片30上的这种结构是如图4所示的单面可铺设的过滤介质48。

现参见图3，可以认识到具有单层背层32和一端封条38的单面过滤介质层48可铺设成一块状过滤件50。第二封条40放置于槽外侧的另一条边上，这样相邻层48可添加到块50上。以此方式，第一端封条38置于面层顶部和波纹片30底部之间，如图4所示，而波纹片30顶部和面层32底部之间的空间容纳第二封条40。另外，槽峰26固定到面层32的底部形槽腔36。以此方式一块槽式过滤介质50可采用如4所示的波纹片48构成。过滤件50包括具有交替的第一封闭端和第二封闭端的相邻槽以在上游流道和下游流道之间提供基本上直通的液流通道。

再参见图5和6，可以认识到，图4所示的单面过滤介质可卷绕而形成一圆柱形过滤件52。该圆柱形过滤件52绕在一中心轴54或其它作为卷绕的安装件的零件上，安装件可拆除或留下以堵住中心。可以认识到，也可采用非圆形中心卷绕件以形成其它过滤件形状，如具有长方形或椭圆形轮廓的过滤件。当第一封条38如图4所示地已放于过滤介质层48上时，必须采用密封装置47将第二封条40放在波纹片30顶部的第二端。所以，面层32起到内面层和外面层的作用，具体如图6所示。以此方式，绕成多层的单面层32就是形成一圆柱形槽式过滤件52所必需的。可以认识到，过滤件52的外圆周必须封闭以防止卷筒退绕，并且可提供对于一外壳或导管可密封的一构件。虽然在图示的实施例中，单面过滤介质层48卷绕时都是平层32在外侧的，但是可以将平层32绕在波纹片30的内部。

参见图7-9，图中所示是一体式过滤器和亥姆霍兹谐振器装置60的第一实施例。过滤和噪音控制装置60包括设置成平行流体通道的过滤件62。在这较佳实施例中，过滤件62是卷绕的槽式过滤件，如图5和6所示。空气在增大的入口64处进入过滤件62并且在缩小的出口66处排出。一外壳68将该构件保持成并排结构，一同轴亥姆霍兹管70安装在中部并且与过滤件62偏置，并且基本上与出口66对齐。衬垫72和74将过滤件保持成密封结构，其可迫使流体流过该构件并且防止杂质绕过过滤件62。虽然图中单独的示出了一体式过滤器和谐振器装置60，但可以理解附加的导管可连接到入口64上以将流体从较远的部位吸入。

除了同轴谐振器管70之外，过滤件62周围的空间可增加亥姆霍兹谐振器的空间，其可调谐以控制由发动机运行所产生的进气噪音。同轴谐振器管70的结构是在过滤件62的出口侧用于控制直接从发动机下游传出的噪音。同轴设计可改进亥姆霍兹谐振器对发动机噪音的连接通道，发动机噪音经过通风系统直接传播到过滤件62下游。

参见图10-11，图中所示是一体式过滤器、亥姆霍兹谐振器装置80的第二个实施例。谐振器和过滤器装置80包括一外壳82，并有一过滤件84、一亥姆霍兹谐振器空间81和一同轴亥姆霍兹谐振器管86。在图10-11所示的实施例中，过滤件84基本上是矩形块状的过滤件，采用如图3所示的槽式过滤器介质50。流体在一入口88处进入外壳82，然后在一出口90处排出。在一较佳实施例中出口90可直接连接到发动机的进气通风系统中。虽然图示的过滤件84有正方形截面轮廓，但可以理解，此轮廓也可形成为一适当形状以使过滤器负载面积最佳并且可可充分利用空间。

过滤件84下游区域包括一变窄的腔室92，该腔室包围同轴亥姆霍兹谐振器管86。同轴谐振器管基本上以主要的流动方向延伸，并且在其上游端向上弯曲以接合变窄腔室92的壁中的一个孔。可以理解，外壳82和腔室92之间的空间形成亥姆霍兹谐振器空间81。

参见图12和13，图中示出了一个一体式过滤器和亥姆霍兹谐振器装置100。该谐振器和过滤器100包括一串联亥姆霍兹谐振器102和一在谐振器部分102上游的过滤部分104。一外壳106包括一靠近过滤器104的入口108和一在谐振器部分102下游的出口110。亥姆霍兹谐振器102包括一空间112和一基本上与出口110同轴的同轴管114，并且包括弯曲而径向延伸以连接到一谐振空间腔118的壁中的一孔的上游端部116。过滤器104可包括一在过滤器104周围与外壳106形成密封的径向衬垫120。该密封120在一较佳实施例中整体地形成在过滤件104的本体上。在这较佳实施例中，过滤器104是如图5和6所示的槽式过滤件。当用于内燃机时，出口110较佳地直接连接到一发动机进气通风系统上。

可以理解，在图12和13所示的实施例中，串联亥姆霍兹谐振器过滤装置100可与一进气导管或通气管连接，从而在一发动机室中所占的额外空间非常小。以此方式，发动机可具有位于发动机室外部的进气口，而串联谐振器和过滤装置100位于发动机腔室内。

参见图14-16，图中示出了一个一体式过滤器和亥姆霍兹谐振器装置120的第四个实施例。如图12和13所示的实施例，谐振器和过滤器装置120包括一亥姆霍兹谐振器122和过滤部分124。一外壳126包括一入口128和一出口130。过滤器可包括一衬垫132，该衬垫在外壳126和一过滤件134外围之间形成一密封。该衬垫132是为拆除外壳126上游端和更换过滤件134而设置的。

亥姆霍兹谐振器122包括一环形管136，其可从出口130上游伸入谐振器部分122。另外，一同轴管138可从下游伸入环形管136。环形管136在同轴管138的加宽区域140和亥姆霍兹谐振器空间142之间的其上游端开口。另外，同轴管138在下游端向环形管136开口。所以，在下游端的出口130和上游端的亥姆霍兹谐振器空间142之间形成一开口的环形通道。使连接区域、由管136和138形成的亥姆霍兹管和谐振器142的尺寸与给定噪音频率的波长相匹配，用本发明可大大地降低噪音。另外，可保持与进气和空间定位有关的其它实施例的上述优点。如图16所示，同轴管可包括平整的侧部144，其还可减少同轴管136和环形管138之间的通道尺寸。以此方式，如图16所示可形成两个相对顶部和底部腔室以用于到达谐振器空间142的亥姆霍兹连接管。这可提供额外的降低声音的调谐以及在匹配目标噪音波长方面更精确。

参见图17和18，图中所示为一个一体式亥姆霍兹谐振器一过滤器装置150的第五实施例。该一体式谐振过滤器装置150包括一亥姆霍兹谐振器152和一过滤器部分154。一外壳156包括一入口158和一出口160。

在这较佳实施例中，一过滤件162是一圆柱形槽式过滤件，如图5和6所示。槽式过滤件162较佳地包括在过滤件160和外壳156中间的衬垫164。与其它实施例一样，一亥姆霍兹谐振器152在过滤件162下游。亥姆霍兹谐振器152包括一连通管166，其从连通管166向上游伸到一空间168。连通管伸入出口160。第二谐振结构包括在出口160处具有一连通腔170的连接腔，连通管166局部伸入出口160中。另外，连通腔170在下游延伸超出连通管166，而接受从出口160的流动。在外壳156中是一包围亥姆霍兹空间168的放大部分的谐振腔172。多种谐振器结构可在一较宽的频率范围上减少噪音。可设计多种构件，这样在较宽的范围上可精确地调谐特定的频率。

参见图19-21，图中示出了安装于一进气支管中的过滤器装置实施例。如图19所示，一个一体式过滤器/谐振器装置200包括一谐振器段202，并具有一过滤器段204，它们是可以分离的组件，它们组装在一起而形成一体式谐振过滤器装置200。谐振器一过滤器装置200安装在发动机支管206和节流体208上游。一导管210从节流体上伸出连接到谐振器200出口侧，这样谐振器与支管206处的噪音源直接呈流体连接。可以理解，在图示的实施例中，谐振器过滤器装置200构成支管206上游导管的一部分。在此结构中，不需要为过滤或减少噪音而设置连接到一远距离设备上的附加空间或导管配件。还可理解，额外的导管配件可连接到过滤件204上以将空气从一远距离位置吸入。

参见图20，图中所示是一谐振器和过滤器装置220的第二个实施例，包括组装在一起的一过滤器部分222和谐振器部分224以形成过滤器和谐振器部件220。谐振器-过滤器装置220安装在进气支管226和节流体228上游，并且直接由一导管230连接。在图示实施例中，过滤器和谐振器装置是伸过支管内部的导管的局部，因而不需额外空间。支管导管构成谐振器腔室224的外层以在降低由谐振器部分224辐射的噪音时提供支撑。可以理解，谐振器部分224由导管230直接连接到噪音源上以提高降低噪音效果。还可以理解，额外的导管配件可连接到入口上以将空气从一远距离源中吸入。

如图21所示，示出了一谐振器/过滤装置240的另一种实施例。该谐振器过滤装置整体地形成于进气支管248中。在图示的实施例中，亥姆霍兹谐振器242包括在支管导管弧形部分中的较大空间。以此方式，支管导管构成谐振器空间的外层，并且在降低由该空间的壳体辐射的噪音时提供支撑。与其它实施例类似，亥姆霍兹谐振器管将进气导管连接在过滤器244和节流体250中间。因而，谐振器管与进气通风空间252形成一体。过滤器部分244藉由一管246连接到谐振器部分242上。过滤器和谐振器都在支管248和节流体250上游，并且藉由一进气通风系统252连接。在图示的结构中，过滤件244直接位于通风系统252和支管248上游。可以理解，支管248的内部空间可用作一谐振器空间，这样所需的额外空间非常小。而且，通风系统252上游导管具有在其中形成一体的过滤件244，这样过滤器不需要额外空间。

参见图22，图中示出了由亥姆霍兹谐振器结构所造成的在一频率范围中的噪音衰减(分贝)的典型图表。可以理解，衰减是显著的，尤其是在70和100赫兹之间。所示图表是图14-16所示的亥姆霍兹谐振器和过滤器装置120的情况。通过调谐谐振器结构122以配合对应频率的噪音波长，可大大地减小总噪音。为消除目标波长可改变体积、长度、直径和相对位置。

如果谐振器连接管长度和空间从头至尾都具有恒定面积、并且不易扩充或收缩，亥姆霍兹谐振器的峰值噪音衰减频率可采用以下关系式估计：

TAN (\frac{2 π f_{r} l_{t}}{C}) TAN (\frac{2 π f_{r} l_{v}}{C}) = A_{t} / A_{v}

式中，TAN是三角正切函数

π=3.14159

C=音速

l_t=连接管长度

l_v=声音传布的空间的长度

A_t=连接管面积

A_v=空间的横截面积

f_r=最大噪音衰减频率

上述等式可应用于实施例60,80,100,120和180。

如果谐振器连接管或空间沿着声音传播长度、如实施例150改变横截面积，就不能再直接使用上述的公式。在此情况下，管、空间和空气净化器必须作计算模型和其性能评估以精确地预测谐振频率。上述等式可为给定空间和连接管提供近似的谐振频率。计算模型的另一种方式是厚型构造、测试和评估。

如果连接管和空间长度都小于最大衰减的噪音频率波长的十分之一，那么可采用本技术领域中的普通技术人员众所周知的亥姆霍兹等式以将连接管长度和面积、空间和谐振频率联系起来。然而，图示实施例的连接管长度和所考虑的频率范围通常不符合这个条件。

衰减(分贝)不能精确计算，因为其取决于连接管和连接管与该空间之间的入口中的流量损失。所以必须建造测试装置和然后测量衰减。

然而，应当理解，即使在上文中已经提出了本发明的多个特点和优点，以及详细结构和功能，但此内容仅是为了说明本发明，在本发明构思范围中，还可以有多种变化，尤其是零件的形状、尺寸和布置，本发明的全部范围应由所附权利要求书的广泛含意来确定。

Claims

1．一种在一流体从上游向下游流过的外壳中的一体式谐振器和过滤器装置(60,80,100,120,150,200,220,240)，包括：

槽式过滤介质，所述过滤介质包括一波纹片(30)和形成槽腔壁的至少一层面层(32)，从而形成在纵向延伸的多个槽腔(34)，并且一端封闭、一端开口，其中相邻腔具有交替的相对开口和封闭端，流体流入上游端开口经过槽腔壁再流出下游端开口：

一谐振腔；

其特征在于：所述过滤介质串联地位于所述外壳中，所述谐振腔位于所述过滤介质下游外壳内并靠近下游端开口；以及一位于所述谐振腔中的管子(70)。

2．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述过滤介质和谐振腔一体地形成于单个外壳(68)中。

3．如权利要求1或2中任一项所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述管子(70)在所述外壳中纵向延伸。

4．如权利要求1或2中任一项所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述槽式过滤介质包括一第一过滤件(62)和并排地位于所述外壳中的第二过滤件(62)。

5．如权利要求4所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述谐振腔包围所述过滤件(62)。

6．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述装置(200)安装到一发动机上，所述发动机具有带弧形导管的一进气支管(206)，所述谐振腔连接到位于由弧形导管形成的空间中的进气支管上。

7．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述过滤介质包括具有矩形横截面的过滤件(84)。

8．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述过滤介质包括一过滤组件(204)，并且所述谐振腔形成于谐振器组件(202)中以接合所述过滤组件(204)。

9．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述槽式过滤介质包括在外壳中纵向延伸的第一和第二平行过滤件(62)。

10．如权利要求9所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述管子(70)与一出口(66)同轴。

11．如权利要求9-10中任一项所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述各过滤件(62)包括相关的衬垫(72,74)。

12．如权利要求9所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述过滤件(62)都是圆柱形的。

13．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，还包括；

一环形管子组件，包括一连接到所述过滤介质的下游侧上的第一管子(138)，以及与所述第一管子同轴延伸、并且从所述第一管子径向向外伸出、且在上游端向谐振腔(142)开口的一第二管子(136)。

14．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，还包括与所述外壳同轴对齐的第一和第二谐振器(172,168)。

15．如权利要求14所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述第一谐振器(172)包括一腔室，该腔室具有从下游侧伸入该腔室的一连通管(166)。

16．如权利要求14所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述第二谐振器包括一包围所述第一谐振器并且接收来自过滤介质(162)的流体的腔室。

17．如权利要求15所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，一出口包括一部分横截面缩小的一下游导管，所述连通管至少局部伸入所述出口。

18．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述过滤介质和谐振腔是同轴对齐的。

19．如权利要求1所述的一体式谐振器和过滤器装置，其特征在于，所述外壳包括一入口和与所述入口同轴的一出口。