专利名称：谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抑制车辆进气系统的进气噪音的谐振器。
背景技术：
为了抑制进气系统的进气噪音，已经在相关技术中使用了侧分支谐振器或者赫尔姆霍茨谐振器(Helmholtz谐振器)。这种相关技术的谐振器的缺点是，当需要抑制低频进气噪音的低频部分的声压时，需要为谐振器准备较大安装空间。
对于侧分支谐振器，通过谐振可以消除的声音的固有频率取决于侧分支的长度。同时，波长随着信号部分变低而变长。为了通过使用侧分支谐振器来抑制低频部分，必须增大侧分支的长度。这增大了谐振器的安装空间。
对于Helmholtz谐振器，通过谐振可以消除的声音的固有频率由下式表示(式1)f=c2πSl·V]]>在上式中，f表示固有频率(谐振频率)，c是声速，l是连通管长度，V是腔室体积，S是连通管的横截面面积。为了抑制低频部分，需要减小固有频率f。为了减小固有频率f，需要相对于S而增大l或V。在这样的情况下，也会增大谐振器的安装空间。
JP-UM-A-2-080710披露了一种安装空间较小的谐振器。该谐振器包括弹性膜和杯形件。杯形件杯口朝下安装在缓冲罐上。在杯口与缓冲罐之间插入弹性膜。弹性膜将杯内部与缓冲罐内部隔开。
将弹性膜的固有频率设置成等于缓冲罐内柱状谐振的谐振频率。JP-UM-A-2-080710中披露的谐振器可以通过弹性膜的薄膜振动效应来抑制缓冲罐内的柱状脉动。
JP-UM-A-2-080710中披露的谐振器的一个问题是，在相当长的一段时间内保持所需的声压抑制效果是困难的。换言之，弹性膜的固有频率必须恒定地保持为等于柱状谐振的谐振频率。弹性膜的固有频率取决于弹性膜的张力。从弹性膜安装开始，弹性膜的张力随着时间推移逐渐减小。这样，JP-UM-A-2-080710中披露的谐振器难以在相当长的一段时间内保持所需的声压抑制效果。
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明的谐振器。本发明的一个目的是提供一种安装空间小的谐振器，它易于保持所需的声压抑制效果。
为了解决这些问题，本发明提供一种设置在进气系统中的谐振器，所述进气系统包括将进气口与进气道隔开的管部分，所述进气道连通进气口和发动机的燃烧室。所述谐振器包括分支管，其一端分支连接到所述管部分并且另一端封闭，从而在其内形成消音室；以及至少一个分隔件，用于将消音室分隔成至少一个空气弹簧室，所述分隔件的固有频率低于从所述进气道传入的进气噪音的消音目标声音的频率。
根据本发明的谐振器利用分隔件的质量效应。换言之，分隔件和靠近分隔件后面的空气弹簧室内的空气的谐振，用于抑制消音目标声音的频率的声压。与JP-UM-A-2-080710中披露的谐振器不同，本发明的谐振器不利用薄膜振动效应。这里，分隔件的“后面”这一术语是指从分隔件看，与输入进气噪音的一侧相对的一侧。
因此，根据本发明将谐振器的分隔件的固有频率设定为低于进气噪音的消音目标声音的频率。即使当分隔件的张力降低并且分隔件的固有频率下降时，分隔件的质量效应也不降低。因此，根据本发明的谐振器易于保持所需的声压抑制效果。
对于根据本发明的谐振器，分隔件本身的内部衰减产生不明显的回声谐振(在谐振频率的高频或低频上出现的声压高的部分)。这使其可以减小回声谐振的声压。
消音室可以包括连通管，所述连通管直接与所述进气道连通并且所述消音目标声音从进气道传播到所述连通管；以及与连通管相通的腔室，所述腔室在相对于消音目标声音传播方向的垂直方向上的横截面积大于连通管的横截面积，并且所述分隔件可以设置在所述腔室中。
这种结构将根据本发明的谐振器具体实现为Helmholtz谐振器。按照这种结构，与相同形状的Helmholtz谐振器相比，可以将谐振器的固有频率朝较低频率移动。进一步可以得到比Helmholtz谐振器(其设定了相同的消音目标声音的频率)更加紧凑的谐振器。
消音室优选地包括连通管，所述连通管直接与所述进气道连通并且所述消音目标声音从进气道传播到所述连通管；以及与所述连通管相通的腔室，所述腔室在相对于消音目标声音传播方向的垂直方向上的横截面积大于连通管的横截面积，并且所述分隔件优选地设置在所述连通管中。
根据本发明谐振器的消音作用取决于腔室的体积，而不是其形状。因此，根据本发明，谐振器可以设计成任何形状，只要其体积保持不变即可。例如，腔室可以具有大的宽度和小的厚度。因此加大了空间的节省。通过使腔室的形状适应于进气系统管部分的形状，大大增强了安置谐振器的自由度。
在这种情况下，连通管优选地位于腔室内部。这样做，就不会在腔室外部形成突起，从而形成较低外形要求的谐振器设计。
优选地，将根据分隔件质量和空气弹簧室的弹簧常数计算的谐振声音的谐振频率假设为100％，则分隔件的固有频率小于10％。这是因为谐振器的固有频率相对于消音目标声音的频率朝较高频率移动10％或更多。
优选地，假定靠近分隔件后面的空气弹簧室的弹簧常数为100％，则分隔件的弹簧常数小于1％。这是因为弹簧作用将变得不可忽略，并且谐振器的固有频率相对于消音目标声音的频率朝较高频率移动10％或更多。
优选地，将分支管设置在这样的位置即，在所述管部分中消音目标声音的频率的驻波波腹所在的位置。驻波波腹具有大的声压。使用这种结构，可以更加有效地降低消音目标声音的声压。
根据本发明，可以提供一种安装空间小的谐振器，它能容易地保持所需的声压抑制效果。
图1是根据本发明谐振器的示意图；图2是方框II内的部分的放大图；图3是表示为Helmholtz谐振器的、图2所示空气弹簧室和分隔壁的示意图；图4是表示为Helmholtz谐振器的、图1所示所有空气弹簧室和分隔壁的示意图；图5是表示为相关技术Helmholtz谐振器的、图4所示谐振器的示意图；图6是设置有根据本发明一个实施例的谐振器的进气系统的示意图；图7是图6所示谐振器的剖视图；图8表示麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系；图9是实例2的实例2-1中试验样品的示意图；图10是实例2的实例2-2中试验样品的示意图；图11是实例2的对比例2-1中试验样品的示意图；图12是实例2的对比例2-2中试验样品的示意图；图13是实例3的实例3-1中试验样品的示意图；图14是实例3的实例3-2中试验样品的示意图；图15是实例3的对比例3-2中试验样品的示意图；图16表示实例3中麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系；图17表示实例4中通过转换矩阵法计算的声音频率与其声压之间的关系；
图18表示实例5中通过转换矩阵法计算的声音频率与其声压之间的关系；图19是实例6中试验样品的示意图；图20表示实例6中麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系；图21是安装在空气滤清器上的实例6的另一方案的谐振器的剖视图；图22是实例7的实例7-1中试验样品的示意性透视图；图23是实例7的实例7-1中试验样品的示意性正视图；图24是实例7的实例7-1中试验样品的示意性平面图；以及图25表示实例7中麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系。
具体实施例方式
下面将描述根据本发明的谐振器的实施例。
图1表示根据此实施例的谐振器的示意图。图1所示的谐振器是根据此实施例的、表示成Helmholtz谐振器的示意形式的一种谐振器。注意，本发明的谐振器并不限于图1所示的这种形式。例如，可以用作其他类型的谐振器，例如侧分支谐振器。
如图1所示，谐振器100包括连通管102和腔室103。连通管102和腔室103构成此实施例的消音室。连通管102与进气道104相通。腔室103由总共四个分隔壁102a到102d(对应于本发明的“分隔件”)隔开。腔室103总共分成5个空气弹簧室101a到101e。
图2表示从图1方框II取出的空气弹簧室101e和分隔壁。如图2所示，空气弹簧室101e由分隔壁102d密封。将分隔壁102d的固有频率设定为低于进气噪音的消音目标声音的频率。因此，分隔壁102d不根据取决于进气噪音的消音目标声音的谐振而振动。分隔壁102d等同为一个质量块。空气弹簧室101e和分隔壁102d等同于串联的弹簧和铅锤。Helmholtz谐振器的腔室和连通管pf可以近似为串联的弹簧和铅锤。因此，空气弹簧室101e和分隔壁102d可以表示为Helmholtz谐振器。
图3是表示为Helmholtz谐振器的、图2所示空气弹簧室和分隔壁的示意图。与图2对应的部分用相同的符号表示。连通管102d’(为了便于说明，打上剖面线)的质量等同于图2中的分隔壁102d。图1所示的空气弹簧室101a到101d和分隔壁102a到102c也可以表示为Helmholtz谐振器。
图4是表示为Helmholtz谐振器的、图1所示全部空气弹簧室和分隔壁的示意图。与图1对应的部分用相同的符号表示。图1的分隔壁102a、图1的分隔壁102b、图1的分隔壁102c以及图1的分隔壁102d分别等同为图4的连通管102a’的质量、图4的连通管102b’的质量、图4的连通管102c’的质量和图4的连通管102d’的质量。
图5是表示为相关技术Helmholtz谐振器的、图4所示谐振器的示意图。与图1对应的部分用相同的符号表示。如图5所示，腔室103的体积是空气弹簧室101a到101e的体积和。连通管延伸部分102’的体积是连通管102a’到102d’的体积和。
从图5所示相关技术谐振器和图1所示本发明谐振器之间的对比可以看出本发明谐振器100比相关技术谐振器更加紧凑，减少了连通管延伸部分102’的体积。
以这种方式，根据此实施例的谐振器的分隔壁等同于相关技术Helmholtz谐振器连通管的质量。因此，根据此实施例的谐振器需要的安装空间较小。
首先，说明根据此实施例的谐振器的设置。图6是设置有此实施例的谐振器的进气系统的示意图。如图6所示，进气系统9包括进气管90、空气滤清器91、空气滤清器软管(出口)92、节气门主体93和进气歧管94。进气系统9的内部分隔成进气道95，其与在进气管90上游(下文中，上游和下游方向是根据空气流动方向而定义的)形成的进气口900以及在进气歧管94下游分支的燃料室96相通。通过进气道95将空气从外部吸入到燃料室96。进气噪音通过进气道95从燃烧室96传播到外部。谐振器1作为分支连接到进气管90。谐振器1连接到进气噪音的消音目标声音的驻波波腹。
图7是根据此实施例的谐振器的剖视图。如图7所示，谐振器1包括分支管2和隔膜30到33。隔膜30到33包括在此实施例的分隔壁内。分支管2包括安装底座部分20、中间连接部分21到23以及末端部分24。
安装底座部分20是由树脂制成的，并包括小直径部分200和大直径部分201。小直径部分200是圆筒形的。在小直径部分200的开口端，在小直径部分上形成法兰部分200a。管道上的法兰部分901从进气管90的侧壁上伸出。用螺栓(未图示)将小直径部分的法兰部分200a固定在管道的法兰部分901上。在进气道95与随后所述的空气弹簧室50之间插入有连通管4。换言之，进气道95与连通管4连通。大直径部分201是圆筒形，具有比小直径部分大的直径。将大直径部分201内部分隔成空气弹簧室50。大直径部分上的法兰部分201a形成在大直径部分201的开口端。
中间连接部分21是由树脂制成的，并且是圆筒形，其具有与大直径部分201相同的直径。将中间连接部分21内部分隔成空气弹簧室51。中间连接部分的法兰部分210、211分别形成在中间连接部分21的两个开口端。用螺栓(未图示)将中间连接部分的法兰部分210固定在大直径部分的法兰部分201a上。
隔膜30由橡胶制成，并且是薄圆盘形。隔膜30夹在中间连接部分的法兰部分210与大直径部分的法兰部分201a之间并用螺栓固定。
中间连接部分22的形状类似于中间连接部分21。将中间连接部分22内部分隔成空气弹簧室52。中间连接部分的法兰部分220、221分别形成在中间连接部分22的两个开口端。用螺栓(未图示)将中间连接部分的法兰部分220固定在中间连接部分21的中间连接部分上的法兰部分211上。
隔膜31的形状类似于隔膜30。隔膜31夹在中间连接部分上的法兰部分220与中间连接部分21的中间连接部分上的法兰部分211之间并固定。
中间连接部分23的形状类似于中间连接部分22。将中间连接部分23内部分隔成空气弹簧室53。中间连接部分上的法兰部分230、231分别形成在中间连接部分23的两个开口端。用螺栓(未图示)将中间连接部分上的法兰部分230固定在中间连接部分22的中间连接部分上的法兰部分221上。
隔膜32的形状类似于隔膜31。隔膜32夹在中间连接部分上的法兰部分230与中间连接部分22的中间连接部分上的法兰部分221之间并固定。
末端部分24由树脂制成，并且是有底的圆筒形。将末端部分24内部分隔成空气弹簧室54。末端部分上的法兰部分240形成在末端部分24的开口端。用螺栓(未图示)将末端部分上的法兰部分240固定在中间连接部分上的法兰部分231上。
隔膜33的形状类似于隔膜32。隔膜33夹在末端部分上的法兰部分240与中间连接部分23的中间连接部分上的法兰部分231之间并固定。
以这种方式，分支管2内部形成一个连通管4和总共5个空气弹簧室50到54。5个空气弹簧室50到54分别由隔膜30到33隔开。5个空气弹簧室50到54构成此实施例的腔室。腔室和连通管4构成此实施例的消音室。
已对根据本发明的谐振器的实施例进行了说明，但要注意的是，本发明并不限于上述实施例。对于本领域一般技术人员而言，易于做出各种变型和改动。
虽然谐振器1是基于Helmholtz谐振器形成的，但谐振器也可以按照侧分支谐振器来形成。虽然在此实施例中谐振器1的外形是圆筒形，但其也可以是棱形筒形。隔膜30到33的数量没有特别限制。例如，此数量可以是1。在这种情况下，可以将单独一个隔膜插入在进气道和分支管开口边缘之间。即，可以使用隔膜密封分支管。此分隔在分支管中形成单独一个空气弹簧室。
虽然在此实施例中将隔膜30到33设置为分隔壁，但也可以使用除了隔膜以外的分隔壁，只要分隔壁具有固有频率并且在分隔壁后面可以形成空气弹簧室即可。例如，块状的分隔壁可以被可替换地装在分支管2中。虽然隔膜30到33可以用螺栓固定，但它们也可以通过粘接或焊接固定。或者，可以整体地形成隔膜30到33以及部分或整个分支管2。谐振器1在进气系统9中的安装位置没有特别限制。例如，可以借助于空气滤清器91、滤清器软管92、节气门主体93或进气歧管94来安装。在一个进气系统9中可以安装多个谐振器1。在这种情况下，可以改变每个谐振器1的消音目标声音的频率。
隔膜30到33的弹簧常数、密度、厚度、质量或形状没有特别限制。通过减小隔膜30到33的弹簧常数，可以减小谐振器1的固有频率。通过增大隔膜30到33的质量、密度或厚度，可以减小谐振器1的固有频率。隔膜30到33之间的间隔没有特别限制。通过将隔膜30到33排列得靠近连通管4并减小它们之间的间隔，可以减小谐振器1的固有频率。
实例下面说明对此实施例的谐振器进行的测量试验，例如声激励试验和数值试验(转换矩阵法)。
<第一实例>
下面说明对图7所示谐振器1进行的声激励试验。
(试验样品)下面说明图7所示谐振器1的规格。腔室体积V是0.58l(升)。腔室内径D是84mm。连通管4的轴向长度l是17.5mm。连通管4的内径d是42mm。隔膜30到33的弹簧常数k是34.7N/m。隔膜30到33的密度ρ是8.70×102kg/m3。隔膜30到33的厚度t是0.5mm。具有这种规格的谐振器1称为实例1。
(试验方法)下面说明声激励试验。声激励试验使用整个长度为0.6m并且末端开口的直管、扬声器和麦克风。在直管中部的侧壁上分支连接有谐振器1。在直管的一端设置有扬声器。在直管的另一端设置有麦克风。当在此状态下从扬声器输出白噪音时，白噪音在直管内从一端传播到另一端。传播的声音由麦克风收集。
(试验结果)下面说明试验结果。图8表示麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系。为了对比，将没有消音器(即，仅有直管)而得到的数据表示为对比例1。在图8中，粗线数据表示实例1，而细线数据表示对比例1。
从图8可以看出在大约为130到225Hz的频率范围，实例1的声压比对比例1小并且最多小20dB。换言之，在大约为130到225Hz的频率范围内，与对比例1相比，实例1具有较高的声压抑制效果。
对于具有与实例1相同的腔室体积V、腔室内径D、连通管4的轴向长度l以及连通管4的内径d的Helmholtz谐振器，谐振频率f可以按下式表示，其中(8/3π)×0.042是开口端的修正。
(式2)f=340ππ×0.0212(0.0175+(8/3π)×0.042)×0.58×10-3]]>根据上式，谐振频率f约为360Hz。此计算结果表明，设置隔膜会将谐振频率移动到较低频率。
<实例2>
将说明对下面所示试验样品执行转换矩阵法的计算结果。
(试验样品)下面将说明试验样品的规格。图9是实例2-1中试验样品的示意图。图10是实例2-2中试验样品的示意图。图11是对比例2-1中试验样品的示意图。图12是对比例2-2中试验样品的示意图。在这些图中，与图7对应的部分用相同的符号表示。
图9所示实例2-1是将隔膜30a到30i设置在图11所示对比例2-1(侧分支谐振器)中。分支管2是有底的圆筒形。隔膜30a到30i的弹簧常数k是139N/m。隔膜30a到30i的密度ρ是8.70×102kg/m3。隔膜30a到30i的厚度t是0.5mm。实例2-1(图9)中和对比例2-1(图11)中的分支管2的内径d’是42mm。分支管2的轴向长度l’是210mm。
图10所示的实例2-2是将隔膜30a到30j设置在图12所示对比例2-2(Helmholtz谐振器)中。隔膜30a到30j的弹簧常数k是34.7N/m。隔膜30a到30j的密度ρ是8.70×102kg/m3。隔膜30a到30j的厚度t是0.5mm。实例2-2(图10)和对比例2-2(图12)所示的腔室体积V是0.5l(升)。腔室内径D是84mm。连通管4的轴向长度l是50mm。连通管4的内径d是42mm。
(计算方法)下面将说明计算方法。使用转换矩阵法进行计算。即，将进气系统9示意性地表示为一系列管路部分，将进气噪音处理为一维因子。转换矩阵法是公知的，因此省略该方法的细节。
(计算结果)转换矩阵法得到的一次谐振频率的计算结果列在表1中。
(表1)
从计算结果可以看出实例2-1所示的一次谐振频率低于对比例2-1；实例2-2所示的一次谐振频率低于对比例2-2。此计算结果表明，隔膜的设置使谐振频率移到较低频率。
<实例3>
下面说明对以下试验样品进行的声激励试验。试验方法如同前面所述，因此省略其细节。
(试验样品)下面说明试验样品的规格。图13是实例3-1中试验样品的示意图，图14是实例3-2中试验样品的示意图，图15是对比例3-2中试验样品的示意图。在这些图中，与图7对应的部分用相同的符号表示。
实例3-1中所示的腔室体积V是1.0l(升)。腔室内径D是94mm。腔室的轴向长度L是144mm。每个空气弹簧室50a到50c的轴向长度L1到L3是24mm。空气弹簧室50d的轴向长度L4是72mm。连通管4的轴向长度l是85mm。连通管4的内径d是42mm。隔膜30a到30c的弹簧常数k是13.8N/m。隔膜30a到30c的质量m是3.26g。隔膜30a到30c的厚度t是0.5mm。
实例3-2中所示的腔室体积V是1.0l(升)。腔室内径D是94mm。腔室的轴向长度L是144mm。空气弹簧室50a到50f的轴向长度L1到L6分别是24mm。连通管4的轴向长度l是85mm。连通管4的内径d是42mm。隔膜30a到30e的弹簧常数k是13.8N/m。隔膜30a到30e的质量m是3.26g。隔膜30a到30e的厚度t是0.5mm。
对比例3-1表示在用于声激励试验的直管中没有设置谐振器的情况。对比例3-2中所示的腔室体积V是1.0l(升)。腔室内径D是94mm。腔室的轴向长度L是144mm。连通管4的轴向长度l是185mm。连通管4的内径d是42mm。
(试验结果)下面，将说明试验结果。图16表示麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系。在图16中，粗线数据表示实例，而细线数据表示对比例。
从图16中可以看出，实例3-1所示的一次谐振频率是130Hz；还可以看出实例3-2所示的一次谐振频率是128Hz。也可以看出对比例3-2所示的一次谐振频率是132Hz。换言之，可以看出实例3-1、3-2具有与对比例3-2大致相同的频率。尽管连通管4的轴向长度l小到100mm(185-85)，但实例3-1、3-2具有与对比例3-2几乎相等的声压抑制效果。
可以看出实例3-1中，在440Hz附近出现二次谐振。类似地，可以看出实例3-2中，在380Hz附近出现二次谐振。这种二次谐振的出现是因为已经设置了隔膜，或者换言之，是因为增大了谐振器的自由度。对于二次谐振，它也可以抑制进气噪音的声压。从实例3-1和实例3-2之间的比较可以看出增大隔膜数量使二次谐振频率朝低频移动(由图中箭头所示)。
<实例4>
下面说明对以下试验样品进行的转换矩阵法的试验结果。计算方法如同前面所述，因此省略其细节。
<试验样品>
下面说明试验样品的规格。实例4所用的试验样品与实例3中所用的相同。实例4-1的规格与实例3-1相同，实例4-2的规格与实例3-2相同，对比例4-1的规格与对比例3-1相同，对比例4-2的规格与对比例3-2相同。
(计算结果)下面说明计算结果。图17表示通过转换矩阵法计算的声音频率与其声压之间的关系。在图17中，粗线数据表示实例，而细线数据表示对比例。
从图17中可以看出实例4-1、4-2具有与对比例4-2大致相同的一次谐振频率(约为130Hz)。也可以看出实例4-1、4-2具有与对比例4-2几乎相等的声压抑制效果。
可以看出实例4-1中，在440Hz附近出现二次谐振。类似地，可以看出实例4-2中，在380Hz附近出现二次谐振。这种二次谐振的出现是因为已经设置了隔膜，或者换言之，是因为增大了谐振器的自由度。对于二次谐振，它也可以抑制进气噪音的声压。正如从实例4-1和实例4-2之间的比较看出的，增大隔膜数量会使二次谐振频率朝低频移动(由图中箭头所示)。
<实例5>
下面说明对以下试验样品进行的转换矩阵法的试验结果。计算方法如同前面所述，因此省略其细节。
(试验样品)下面说明试验样品的规格。在实例5中，改变了实例3-2(参看图14)所示的隔膜30a到30e之间的间隔。腔室体积V是1.0l(升)。腔室内径D是94mm。腔室的轴向长度L是144mm。每个空气弹簧室50a到50e的轴向长度L1到L5是5mm。空气弹簧室50f的轴向长度L6是119mm。连通管4的轴向长度l是85mm。连通管4的内径d是42mm。隔膜30a到30e的弹簧常数k是13.8N/m。隔膜30a到30e的质量m是3.26g。隔膜30a到30e的厚度t是0.5mm。具有上述规格的试验样品称为实例5-1。即，与实例30-2所示隔膜30a到30e相比，实例5-1的隔膜30a到30e的设置靠近连通管4。将这样的试验样品称为实例5-2即，其具有实例5-1中的隔膜30a到30e且隔膜厚度t等于1mm。
(计算结果)下面说明计算结果。图18表示通过转换矩阵法计算的声音频率与其声压之间的关系。在图18中，粗线数据表示实例5-1，而细线数据表示实例5-2。
从计算结果可以看出实例5-1所示的一次谐振频率是100Hz。如前所述，实例4-2所示的一次谐振频率(实例3-2的计算结果)约为130Hz(参考图17)。可以看出将隔膜30a到30e靠近连通管4设置并减小它们之间的间隔，会使谐振器1的固有频率朝较低频率移动。
从计算结果可以看出实例5-2所示的一次谐振频率是80Hz。即，可以看出增大隔膜30a到30e的厚度使谐振器1的固有频率朝较低频率移动。
<实例6>
下面说明对下面所示试验样品进行试验的结果。
(试验样品)下面说明试验样品的规格。图19是实例6中试验样品的示意图。沿空气滤清器91一侧设置谐振器。谐振器包括与空气滤清器91和腔室40连通的连通管4。连通管4位于腔室40中。在连通管4中设置有三个橡胶隔膜30到32。
连通管4的形状是内径为80mm、长为20mm的圆筒形。连通管4的一端与空气滤清器91相通，并伸到腔室40内。连通管4的另一端开口于腔室40内。腔室40形成盒形，其内部尺寸是260mm×120mm×32mm。不包括连通管4的体积(0.1升)的腔室体积V是0.88升。
每个隔膜30到32是由厚0.5mm的橡胶膜制成的，它们构成本发明的分隔件，并以10mm的间隔固定在连通管4中。每个隔膜30到32的质量是2.36g，杨氏模量是1.64MPa(300Hz)，泊松比是0.5。
(试验方法)谐振器4安装在4缸发动机的空气滤清器91上。在进气口设置麦克风，测量在发动机每一转数时所得到的二次旋转分量的声压。
下面说明试验结果。图20表示麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系。为了对比，将不使用消音器所得到的数据表示为对比例6-1。作为进气管，将使用普通谐振器(其腔室体积V为0.88升并包括直径为26mm、长为200mm的连通管)所得到的数据表示为对比例6-2。在图20中，粗线数据表示实例6，而细线数据表示对比例6-1，虚线数据表示对比例6-2。
如图20所示，实例6表示在发动机转速为1490到3670rpm(频率范围约为50到112Hz)时，其声压比对比例6小并且最多小4.6dB。换言之，在频率约为50到112Hz范围内，与对比例6相比，实例6具有较高的声压抑制效果。
根据此实施例的谐振器的腔室，其厚度薄到约为30mm。将此谐振器装到空气滤清器上不会形成体积大的结构，这在节约空间方面是有利的。如图21所示，可以将腔室40弯曲，使其沿着空气滤清器91的三个表面设置。这种方法将提供较低外形设计要求的腔室40。例如，包括厚度达10mm的腔室40以及长度达5mm的连通管4的结构可以提供相同效果。
对于根据实例6的谐振器，腔室40内的空气由于外部空气的温度变化而膨胀/收缩，这对隔膜30到32产生过大压力。在这种情况下，如图21所示，可以在腔室40中形成小孔41(直径为1到3mm)，以将腔室40的内部和外部连通。
<实例7>
发动机的进气系统表示在实例7中，其中设置有根据本发明一个实施例的谐振器71。
下面将参考图22到24说明此进气系统的基本结构。
如图22所示，谐振器71设置在进气系统的空气滤清器72附近。空气滤清器72设置有在垂直方向堆叠的上壳73和下壳74。如图23所示，在下壳74底面附近的一个侧壁上，进气管75连接到下壳74上。在上壳一个侧壁(该侧壁与连接进气管75的下壳74的侧壁相对)上的空气软管连接位置73a处，空气滤清器软管76连接到上壳73上。在上述结构中，吸入进气管75的空气传送到发动机的燃烧室(未图示)，并通过空气滤清器72净化。
在谐振器71中，如图24所示，在空气滤清器72的安装表面上形成一个开口，其与空气滤清器72侧面上形成的开口相通，从而形成连通部分77。在连通部分77设置多层膜(在此实施例中是两层)77a、77b，以便阻挡谐振器71和空气滤清器72之间的连通。
另外，如图24所示，用于安装电池(未图示)的电池安装位置78位于与空气滤清器72相对的谐振器71一侧。谐振器71的安装不能妨碍电池。因此，限制了谐振器71的体积。
(试验样品)如图22到24所示装有谐振器71的进气系统作为实例7-1。
下面说明谐振器71的规格。谐振器71的体积是2.2l(升)。连通部分77的内径D是80mm。每层膜77a、77b的厚度是0.5mm，并且彼此间隔20mm而设置。每层膜77a、77b的质量是2.36g，杨氏模量是1.64MPa(300Hz)，泊松比是0.5。谐振器71的谐振频率是85Hz。
为了对比，将不使用消音器而得到的数据作为对比例7-1。使用包括直径为27mm、长度为76mm的连通管的Helmholtz谐振器作为进气管所得到的数据表示为对比例7-2。在对比例7-2中，代替连通部分77而设置使谐振器71和空气滤清器72之间连通的连通管，从而使连通管的两端分别伸出至空气滤清器壳内和谐振器内。
(试验方法)对实例7-1、对比例7-1和7-2进行的实际测量试验类似于实例6。测量在发动机每一转数时所得到的初次激增部分(primaryexplosion component)的声压。
(试验结果)下面说明试验结果。图25表示麦克风收集的声音的频率与其声压之间的关系。在图25中，粗线数据表示实例7-1，而虚线数据表示对比例7-1，点划线数据表示对比例7-2。
如图25所示，在发动机转速为1500到3600rpm(频率范围约为50到120Hz)时，实例7-1表示声压比对比例7-1小并且最多小9.0dB。换言之，在约50到120Hz的宽频率范围内，与对比例7-1相比，实例7-1具有较高的声压抑制效果。
权利要求
1.一种设置在进气系统中的谐振器，所述进气系统包括将进气口与进气道隔开的管部分，所述进气道连通进气口和发动机的燃烧室，所述谐振器包括分支管，其一端分支连接到所述管部分并且另一端封闭，从而在其内形成消音室；以及至少一个分隔件，用于将消音室分隔成至少一个空气弹簧室，所述分隔件的固有频率低于从所述进气道传入的消音目标声音的频率。
2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于所述消音室包括连通管，所述连通管直接与所述进气道连通并且所述消音目标声音从进气道传播到所述连通管；以及与所述连通管相通的腔室，在相对于消音目标声音传播方向的垂直方向上，所述腔室的横截面积大于连通管的横截面积，并且所述分隔件设置在所述腔室中。
3.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于所述消音室包括连通管，所述连通管直接与所述进气道连通并且所述消音目标声音从进气道传播到所述连通管；以及与所述连通管相通的腔室，在相对于消音目标声音传播方向的垂直方向上，所述腔室的横截面积大于连通管的横截面积，并且所述分隔件设置在所述连通管中。
4.如权利要求3所述的谐振器，其特征在于所述连通管位于所述腔室内部。
5.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于假设根据所述分隔件的质量和所述空气弹簧室的弹簧常数计算的谐振声音的谐振频率为100％时，则所述分隔件的所述固有频率小于10％。
6.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于假设靠近所述分隔件后面的空气弹簧室的弹簧常数为100％，则所述分隔件的所述弹簧常数小于1％。
7.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于所述分支管被设置在这样的位置即，在所述管部分中消音目标声音的频率的驻波波腹所在的位置。
8.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于所述分支管包括安装底座部分、至少一个中间连接部分和末端部分。
9.一种发动机燃烧室的进气系统，包括进气道，所述进气道使空气流过；进气口，所述进气口与所述进气道连接，用于提供空气；谐振器，所述谐振器通过连通部分与所述进气道相通；分隔件，所述分隔件设置在谐振器中以在谐振器中隔成小室，所述分隔件的固有频率低于从所述进气道传播的消音目标声音的频率。
10.如权利要求9所述的进气系统，其特征在于谐振器安装成通过连通管与所述进气道相通。
11.如权利要求9所述的进气系统，其特征在于所述进气道包括空气滤清器，并且谐振器安装在空气滤清器上，从而使它们之间连通。
12.如权利要求9所述的进气系统，其特征在于所述分隔件设置有分隔壁。
13.如权利要求9所述的进气系统，其特征在于所述谐振器包括安装底座、至少一个中间连接部分和末端部分。
14.如权利要求9所述的进气系统，其特征在于所述分隔件设置有至少两个按预定间距布置的薄膜。
15.如权利要求11所述的进气系统，其特征在于所述空气滤清器包括连接空气出口的上壳，以及其上堆叠有所述上壳的下壳，所述下壳与所述进气口相通，并且所述谐振器安装在所述空气滤清器的所述下壳。
全文摘要
一种设置在进气系统中的谐振器，所述进气系统包括将进气口与进气道隔开的管部分，所述进气道连通进气口和发动机的燃烧室，所述谐振器包括分支管，其一端分支连接到所述管部分并且另一端封闭，从而在其中形成消音室；以及至少一个分隔壁，用于将消音室分隔成至少一个空气弹簧室，所述分隔壁的固有频率低于从所述进气道传入的进气噪音的消音目标声音的频率。
文档编号F02M35/12GK1755091SQ20051010814
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者大川新太朗, 猿渡智之, 广濑吉一, 丰田稔, 服部胜, 铃木达雄, 岩尾裕, 小笠原丰 申请人:丰田合成株式会社