噪声抑制系统的制作方法

噪声抑制系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了用于气冷内燃机的噪声抑制系统。该系统可包括声学设计的遮盖件，该遮盖件形成空腔并被配置为使与引擎相关联的冷空气风扇产生的噪声得以衰减。在一个系统中，该遮盖件可安装在空气风扇的外壳上。可以提供一对空气进入通道，该通道可操作为将周围的冷空气吸进遮盖件中以到达风扇。空气进入通道被声学配置为并调谐为使风扇产生的噪声衰减。在一个系统中，每个空气进入通道可形成在遮盖件的后象限中。遮盖件的各种配置可包括四分之一波谐振器和/或微穿孔面板以进一步衰减风扇噪声。
【专利说明】噪声抑制系统

【技术领域】
[0001]本发明一般涉及声音或噪声抑制，更具体地，涉及减弱与气冷式内燃机相关的冷却系统噪声。

【背景技术】
[0002]气冷式内燃机用于各种应用(包括骑乘式割草机、拖拉机等应用)的户外动力设备。在引擎冷却系统中使用的风扇(有时称为“鼓风机”)可以是噪声源。
[0003]用于引擎的噪声抑制系统是值得期望的。


【发明内容】

[0004]本申请公开了一种用于气冷式引擎的噪声抑制系统，其对通过引擎的制冷风扇或鼓风机产生的噪声进行衰减。在本发明的一个方面中，该噪声抑制系统包括声学设计的遮盖件，在一个配置中，该遮盖件可安装在空气鼓风机外壳上。该遮盖件还被配置为限定用于将周围的冷空气吸进风扇的冷空气进入通道。该遮盖件可包括任意数量的伸长的空气进入通道(也称为“腔”)，所述空气进入通道与引擎风扇流体连通并在声音上配置为反射并衰减风扇噪声。
[0005]如本文所示，各种遮盖件可以进一步包括其它的噪声抑制特征，包括但不限于四分之一波谐振器、微穿孔面板、以及纤维材料，这些特征可以单独使用也可以相结合以增强对风扇噪声的衰减。
[0006]根据本发明的一个方面，用于引擎的噪声抑制遮盖件包括:限定纵向轴线并具有下部和上部的主体，所述下部被配置为安装在引擎的鼓风机外壳上；在所述主体内形成的空腔；以及放置在所述空腔中的四分之一波谐振器，所述四分之一谐振器被调谐为使风扇产生的第一频率范围(例如主叶片转动频率)的噪声衰减。四分之一波谐振器可以包括多个交叉的隔离物，所述多个交叉的隔离物形成多个对应的单元。在某些遮盖件中，至少一个微穿孔面板可以放置在遮盖件中，所述至少一个微穿孔面板被调谐为衰减(和/或以其它方式减小)第二频率范围(例如更大范围的叶片转动频率)内的噪声。在各种遮盖件中，遮盖件可以包括任意数量的与位于冷空气风扇顶部的风扇叶轮流体连通的水平伸长的空气进入通道。每个空气进入通道的大部分可以位于由遮盖件限定的邻近引擎后部的两个后象限之一中。
[0007]根据本发明的另一方面，用于引擎的噪声抑制系统包括:遮盖件，限定纵向轴线并被配置为安装在与引擎相关联的鼓风机外壳上；形成在所述遮盖件内的空腔；以及放置在所述遮盖件中的至少一个微穿孔面板。所述至少一个微穿孔面板可以被调谐为减小由风扇产生的第一频率范围内的噪声。某些噪声抑制系统可以进一步包括放置在遮盖件中的第二微穿孔面板。第二微穿孔面板可用来增大微穿孔面板的有效频率范围。
[0008]根据本发明的另一方面，用于气冷引擎的噪声抑制系统包括:遮盖件，限定纵向轴线并配置为安装在与引擎相关联的冷空气风扇的外壳上；空腔，形成在所述遮盖件中并位于风扇叶轮上，所述风扇叶轮由所述冷空气风扇的外壳旋转支撑；以及一对水平伸长的空气进入通道，每个所述空气进入通道形成在所述遮盖件的后象限中。所述空气进入通道与所述空腔流体连通并且能够操作以将周围的冷空气以朝向所述风扇叶轮的前向方向吸进所述遮盖件中。所述空气进入通道在声学上配置为使所述冷空气风扇产生的噪声衰减。在一个系统中，空气进入通道可以包括多个成角度的侧壁表面，这些侧壁表面配置为反射所述风扇产生的噪声。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]将参照以下附图对优选实施方式的特征进行描述，在附图中，相似的元件具有相似的标号，其中:
[0010]图1A和IB分别是具有集成了根据本发明的噪声抑制系统的引擎的动力设备的侧视图和俯视图；
[0011]图2是具有噪声抑制遮盖件的图1A和IB的冷空气鼓风机的正视俯视立体图；
[0012]图3是其仰视正视立体图；
[0013]图4A是其俯视平面图；
[0014]图4B是其横向正视首I]视图；
[0015]图4C是其纵向侧视剖视图；
[0016]图5是其侧视图；
[0017]图6是其正视图；
[0018]图7是其仰视图；
[0019]图8是其仰视立体图；
[0020]图9是移除了遮盖件的鼓风机外壳的顶视立体图；
[0021]图10是其俯视图；
[0022]图11是其仰视图；
[0023]图12是遮盖件的正视立体图；
[0024]图13是其正视图；
[0025]图14是示出了遮盖件内的四分之一谐振器的仰视平面图；
[0026]图15是遮盖件的俯视平面图；
[0027]图16是其侧视图；
[0028]图17是其仰视后向立体图；
[0029]图18是其纵向侧视剖视图；
[0030]图19是遮盖件基座的正视立体图；
[0031]图20是其仰视后向立体图；
[0032]图21是其俯视平面图；
[0033]图22是其正视图；
[0034]图23是其侧视图；
[0035]图24是其后视图；
[0036]图25是遮盖件基座和盖子组件的正视立体图；
[0037]图26是遮盖件的侧面剖视图；
[0038]图27是具有第二配置的四分之一谐振器的遮盖件的仰视平面图；
[0039]图28是具有微穿孔面板的遮盖件的仰视平面图；
[0040]图29是其纵向侧视剖视图；
[0041]图30是具有两个微穿孔面板的遮盖件的纵向侧视剖视图；
[0042]图31是可用于具有等距间隔叶片的图2的冷空气鼓风机的单坡设计的鼓风机的叶轮；
[0043]图32是其剖视图；
[0044]图33是其仰视平面图；
[0045]图34是其侧视图；
[0046]图35是可用于具有不等距间隔叶片的图2的冷空气鼓风机的调整设计的鼓风机的叶轮的仰视平面图，其中示出了三个不同的正弦调整；
[0047]图36是其剖视侧视图；
[0048]图37是其侧视图；
[0049]图38是其仰视平面图；以及
[0050]图39是示出了声音传播损耗预测模型结果的图表。
[0051]全部附图都是示意性的，并且不一定是按比例的。

【具体实施方式】
[0052]下面参照示例性实施方式图示并描述本发明的特点和优势。对示例性实施方式的描述旨在与附图结合理解，这些附图应作为整个说明书的一部分考虑。因此，本发明显然不应受限于这些实施方式，这些实施方式示出了特征的一些可能的非限制性的组合，这些特征可以单独存在或以其它组合方式存在，要求保护的本发明的范围由所附权利要求限定。
[0053]在本文公开的实施方式的描述中，对方向或方位的任何参考仅旨在便于描述，而不以任何方式限制本发明的范围。例如“下部”、“上部”、“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”、“朝上”、“朝下”、“顶部”和“底部”及其派生(例如“水平地”、“向上”、“向下”等)等相关术语在讨论中用来指代下文描述的或者在附图中示出的方位。这些相关术语仅仅是为了便于描述，而不要求装置以特定方位构造或操作。例如“附接”、“连接”、“固定”、“连接”、“互连”等术语表示通过中间结构使结构直接或间接相互固定活附接的连接关系，除非另有明确说明，这些连接关系既可以是可移动的附接或关联也可以是刚性的附接或关联。
[0054]图1A和IB示出了示例性的动力设备，该设备可以包括根据本发明的噪声抑制系统。在此非限制性的实施例中，该动力设备可以是骑乘式割草机20，该骑乘式割草机20包括具有割草板22的框架21、用于操作者OP的座椅23、轮25、以及引擎26，引擎26提供使割草机沿着表面推进以及对安装在操作割草板中的旋转割草叶片(未示出)进行操作的原动力。在这种类型的动力设备中，操作者25可以位于引擎的前方。引擎26可以是用汽油、柴油、或其它任何适当的液态或气态燃料源工作的任何类型的内燃机。尽管引擎26是以入口通道110远离操作者OP的一个朝向示出，但在其它系统中，引擎26可以绕竖直轴线旋转以使入口通道110以其它方式定位。作为补充或者替代，在其它系统中，引擎26可以与各种其它动力设备或系统一起使用，例如手扶式割草机、发电机、高压清洗机、或空气压缩机。
[0055]参见图2-图8，引擎26可以是包括风扇(或鼓风机)30和鼓风机外壳40的气冷式引擎。风扇30和/或鼓风机外壳40可以安装在引擎(为了清楚起见在这些图中未示出)上(例如安装在其顶部)。这些图示出了风扇30、相关的附件、以及噪声抑制遮盖件100，下文将对此进一步描述。
[0056]风扇30可以包括或者安装在鼓风机外壳40中。鼓风机外壳40可以被配置为或者其尺寸被设置为容纳并支撑风扇30的可旋转叶轮31，可旋转叶轮31包括多个叶片32，并且可旋转叶轮31操作为吸入周围的空气并将冷气流散布在引擎26上。外壳40可以限定纵轴LA、前部49a、后部49b、侧部49c和被配置为容纳叶轮31的内部空间41，并且可以包括横向/侧向尺寸至少略大于叶轮31外径以限定气流路径的部分，根据本文的进一步描述，这将是显而易见的。叶轮31可以在外壳40的内部旋转，并且通过与引擎26的驱动轴机械连接而提供动力。鼓风机外壳40可以直接安装在引擎26的顶部上，例如用螺纹紧固件或其它适合的连接系统安装。可以提供空气净化单元29，在某些单元中，空气净化单元29可以定位在鼓风机外壳40的后方。
[0057]可以提供任何适当类型的风扇叶轮31。图31-图34示出了单坡设计配置的叶轮31，该设计具有绕叶轮的周长等距间隔的叶片32。具有等距间隔的叶片32的风扇叶轮31会产生或者以其它方式带来集中在一小段频段上的风扇噪声。图35-图38示出了风扇叶轮33的另一实施例，该实施例中风扇叶轮33为调整设计配置，该设计具有绕叶轮的周长不等距间隔的叶片32并且这些叶片在叶片间隔中具有不同的正弦调整。一个叶轮33设计在叶片间隔中可以具有三个不同的正弦调整。具有叶片32 (具有的不同间隔)的风扇叶轮33产生或以其它方式带来的风扇噪声比单坡式风扇叶轮31带来的风扇噪声要小，但是分布的频段更宽。其它叶轮可以在叶片间隔中具有更多或更少的正弦调整或者在叶片间隔中具有非正弦调整。
[0058]风扇叶轮31和33都可以包括轮状或环状的主体，该主体具有沿圆周延伸的横向侧部34、顶部35、安装凸缘38和底部36，当鼓风机外壳40安装在引擎26上时，底部36与引擎26最为接近。叶片32可以在叶轮31、33的外缘在顶部和底部之间轴向延伸。叶片32可以从限定旋转轴线的轮轴向外进行径向延伸。横向侧部34可以如图所示基本是敞开的。在操作中，冷空气可以通过叶轮31、33的顶部35向下吸入，并由至少部分位于鼓风机外壳40的边界中的叶片32径向向外通过叶轮的横向侧部(外径)34排出。周向延伸的间隙42可以形成在鼓风机外壳40的内部空间41中位于叶轮31或33与外壳内侧之间，该间隙限定了用于接收来自风扇30的冷空气的出口气流通道，本文将对此进一步描述。
[0059]下文中，为了方便和简洁，将仅参照叶轮31进行描述，但是应该认识到，除非另有明确说明，也可以将叶轮31替换为叶轮33。
[0060]图9-图11示出了不具有噪声抑制遮盖件100的单独的鼓风机外壳40和叶轮31。
[0061]鼓风机外壳40还包括顶部43、至少部分敞开的底部44、在顶部和底部之间竖直延伸并终止于底部边缘46的周向侧壁45。顶部43和侧壁45限定了内部空间41，叶轮31位于该内部空间41中。某些鼓风机外壳40可以在俯视图中具有整体稍微呈梯形的形状以与引擎26的形状大致互补和相符。在本文描述的发送机26的非限制性实施例中，引擎可以是具有用于目标应用的任何适当马力(HP)的、气冷式立轴V型双缸配置。因此，引擎气缸27可以水平布置并相互成一定角度，其中鼓风机外壳40可以具有如图所示基本相符的配置。
[0062]在某些鼓风机外壳40中，在外壳的后部可以设有中心开口的空气净化框架48,该空气净化框架48将空气净化器29的一部分至少部分地容纳于其中。框架48可以配置为与空气净化器的形状互补。
[0063]鼓风机外壳40还可以包括设置在该外壳的内部空间41中的气流卷形护罩47。该卷形护罩47有助于在鼓风机外壳内形成从叶轮31开始的期望的气流路径以优化引擎冷却。卷形护罩47固定在鼓风机外壳上，并位于侧壁45的内部与叶轮31 (取决于哪个叶轮被使用)之间。卷形护罩47在横向/水平方向上与叶轮的侧面34隔开。在一个鼓风机外壳40中，卷形护罩47从叶轮的前部向后绕叶轮周向延伸至超过叶轮31。卷形护罩47可以配置为与叶轮不等距间隔的水平波动配置，以将来自叶轮的冷空气向后并向下引导至引擎26的两个气缸27 (图5中示意性地以虚线示出)。冷空气流过每个气缸上的散热片以驱散由引擎工作产生的热。
[0064]根据本发明的一个方面，提供了噪声抑制系统以减弱由冷却风扇30和相关的空气冷却系统产生的声音以及传播穿过鼓风机外壳40的其它引擎噪声。噪声抑制系统可以包括噪声抑制遮盖件100，该遮盖件100被配置为并且能够操作以减弱并减小引擎工作期间来自风扇和冷却系统(以及其它引擎组件)的噪声发射，本文将对此进一步描述。尽管本说明书涉及了减弱、衰减和减小来自风扇30和冷却系统的噪声发射，但是应该认识到，噪声抑制遮盖件100还操作以减弱、衰减和减小穿过鼓风机外壳40或噪声抑制遮盖件100而存在或传播的各种其它噪声发射(例如引擎噪声发射)。
[0065]图12-图30示出了遮盖件100和各种附件，下文将对此进一步描述。
[0066]遮盖件100可以具有三维的壳形主体，并大致包括前部101、后部102和相对的两个侧部103。遮盖件100可以以任何适当的方式(包括但不限于通过紧固件、用闩固定、摩擦固定、粘合、焊接、硬焊等)或其组合可移除地安装在鼓风机外壳40的顶部。遮盖件100可以具有与外壳40的形状大致相符的互补形状。遮盖件100还可以包括顶壁104和在前部101、后部102和侧部103上从顶壁向下延伸的侧壁105。侧壁105可以是大致竖直的，或者可以具有不同的形状、位置和尺寸。侧壁105的底部边缘可以限定遮盖件100的开放底部108，并相应向下打开被设计用于噪声抑制的内部空腔106，内部空腔106还用于保持额外的噪声抑制特征，并用于限定到风扇30的冷空气流入路径，下文将对此进一步描述。
[0067]在某些系统中，遮盖件100的顶壁104可以是大致水平的。在其它系统中，顶壁104可以是以变化的角度呈稍微弯曲的、圆顶状的、凸起的形状，如图18中的虚线示出的顶壁104’所示。在某些配置中，顶壁的这种稍微呈圆形的侧轮廓相比于平坦的顶壁104可以提供更好的声音衰减性能。
[0068]圆顶形的遮盖件100和顶壁104及其形成的空腔106提供噪声衰减。由于顶壁104的结构和配置，当声波/噪声波从表面反射并重新导向回匹配波时，会出现消声。方向相反并且频率相同或接近的声波将趋向于相互抵消(衰减)。因此，圆顶形或稍微弯曲的顶壁104在为系统提供噪声减弱方面可以是有用的。圆顶形或稍微弯曲的顶壁104还可以对遮盖件100的顶部提供增加的结构支撑和完整性，从而增加遮盖件100的耐用性。
[0069]遮盖件100的主体可以是由下部和上部构成的两片式单元，其中下部例如配置用于附接到空气鼓风机外壳40上的安装基座113，上部例如配置用于衰减声音的盖子112。安装基座113可以通过任何适当的方法(包括但不限于通过紧固件、用闩固定、摩擦固定、粘合、焊接、硬焊等)或其组合附接至鼓风机外壳40。而盖子112则可以通过与前述方法相同或不同的方法可移除地附接至安装基座113。在某些遮盖件中，盖子112可以被配置为并且将其尺寸设置为至少部分地能够插入搭配到安装基座113中。安装基座113可以在竖直方向的高度上小于盖子112的至少某些部分。安装基座113包括周界框115，周界框115在俯视图中的整体形状与遮盖件100的盖子112的对应形状基本相符。
[0070]遮盖件100的底部108可以包括开放区域和闭合区域。因此遮盖件100可以进一步包括水平分隔壁116。在上文描述的遮盖件100的两片式结构中，水平的前壁116可以形成在下部安装基座113中。在某些遮盖件中，分隔壁116可以限定大致为圆形的中心孔109(在俯视图中)，该中心孔109被配置为并且尺寸设置为当遮盖件100安装在鼓风机外壳40上时与风扇叶轮31的旋转轴同心对准。在某些遮盖件中，中心孔109的直径可以至少等于或者大于叶轮31的外侧34的直径，从而不会妨碍进入叶轮31的冷空气流。为了在下文对遮盖件的其它特征进行描述时便于进行参照，如图21所示中心位于纵轴LA和横轴TA的交点处的圆孔109可以认为是限定了遮盖件100的两个前象限Qf和两个后象限Qr。
[0071]遮盖件100还可以包括至少两个扩大的并在水平方向伸长的空气进入通道110以及相关联的空气进入端口 107。空气进入通道110被配置为并且能够操作为衰减风扇噪声。除了声音衰减之外，空气进入通道110和端口 107还进一步能够操作为通过风扇叶轮31的旋转将外面的环境冷空气吸入到遮盖件下方并向内拉向叶轮31。
[0072]空气进入通道110和端口 107共同限定对应的水平伸长的开口，该开口可以从遮盖件外围侧壁105的后部形成，与遮盖件的关闭的顶壁104和向下的开放底部108相邻接。从与进入空气流路径垂直的横截面看，空气进入通道110可以具有大致为倒U形的形状。
[0073]遮盖件100的外围侧壁105可以限定多个成角度的内表面105a，这些内表面105a在声学上被配置、设计并布置为引起由风扇30产生的噪声在内部的反射以及噪声的捕获。空气进入通道110中的内表面105a可以形成邻接的多面成角度表面，旨在减小穿过空气进入端口 107逸出的噪声的量。在一个遮盖件中，遮盖件100的成角度的内表面105被设计为将风扇叶轮131产生的大量声波引导回遮盖件的中心。
[0074]在遮盖件100的一个配置中，每个空气进入通道110的大部分可以主要位于遮盖件的两个相对的后象限Qr (例如横轴TA的后面)中之一，与遮盖件主体的后部102接近并与每个后象限中的侧部103的后向部分邻接。空气进入通道110可以位于遮盖件100的这些后侧部分，如计算机辅助建模所确定的，这些后侧部分相比于遮盖件的其它部分对应于较低(某些情况下为最低)声压波位置。因此，来自空气冷却系统风扇30的从遮盖件100下方逸出的噪声级别在这些后象限位置中的空气进入端口 107处达到其最低水平。
[0075]如图19-图24所示，空气进入端口 107可以成一定角度以便以大致向下并向外的方向面向遮盖件100的后部102，从而将风扇30 (或其它引擎组件)产生的噪声向后辐射以远离在一些户外骑坐设备配置(参见图1A和1B)中通常坐在引擎前面的操作者。图1B中的方向声音箭头示出了穿过空气进入端口 107逸出遮盖件的风扇噪声的大致发射方向(辐射噪声在该频率范围非常完整，这些箭头仅为一般示例的目的)。
[0076]在某些系统中，一个或多个鳍状物、分隔件或隔离件可以放置在空气进入端口107、空气进入通道110或其二者中，以实现多种功能。例如，鳍状物可以用来将进入空气导向或引导到鼓风机外壳40内。鳍状物可以保护空气进入端口 107以避免草或其它碎片进入外壳40。鳍状物还可以(或者可替换地)被构造或设计为在某个方向使噪声波传播到遮盖件100外部。其它变体也是可能的。
[0077]每个空气进入通道110可以限定各自的中心线CL，中心线CL从接近于遮盖件100的前部101的交点(原点)沿着通道的最大长度延伸到通道的后部，如图15所示。空气进入通道110可以设置为相对于从遮盖件的前部101延伸到后部102的纵轴LA成角度Al。在某些遮盖件中，角度Al可以无限制地处于O到90度之间。因此，在俯视图中，空气进入通道110可以成角度并在具有稍微翼状配置的遮盖件100上向后伸展。空气进入通道110在横向可以以两倍于角度Al的角度相互间隔。与空气进入通道110相关联的空气进入端口107还可以设置为与遮盖件100的底部108限定的水平面成角度A2(参见图22)，以将风扇噪声不仅向后引导，还从引擎的后部向外引导。在某些遮盖件中，角度A2可以无限制地处于O到90度之间。
[0078]空气进入通道110可以以纵轴LA的方向从前到后水平伸长，并且向后延伸一个距离，其中相比于示出的每个的终端117，该距离比靠近中心孔109的遮盖件的后部102的中心后部更远。空气进入通道110的形状设置为将从风扇30发射出的风扇噪声向后并大致向下引导为远离操作者的耳朵。此外，来自风扇的噪声被空气进入通道110在其内沿着与向内吸向风扇30的进入冷空气相同的路径进行引导，但引导方向与进入的空气相反。向内吸进空气的方向与声波传播的方向相反可以使发射穿过空气进入端口 107的噪声水平(或噪声量)削弱、衰减或以其它方式减小。
[0079]还应该注意，水平分隔壁116的布置和配置旨在防止冷空气在更接近操作者的遮盖件位置处(参见图1A和1B)进入遮盖件100和鼓风机外壳40，因此提供了风扇噪声在朝向并到达操作者耳朵的方向逸出的可能的方向路径。因此，进入遮盖件100的冷空气流会由分隔壁116限制在位于遮盖件远后端102处的两个空气进入端口 107中的每一个(参见图19-图24)，而不会到达离操作者更近的遮盖件近端。因此可以将冷却系统噪声发射基本限制在遮盖件100的两个后象限Qr。
[0080]前述部分封闭的配置、伸长的形状、以及每个空气进入通道110内侧表面的几何形状共同帮助引起风扇30产生的声波在每个空气进入通道110内的内部反射，从而捕获一部分声音以减小从空气进入通道发射并到达操作者的整体噪声水平(例如以分贝或dBA测量)。空气进入通道布置在遮盖件100的两个后象限Qr中最远离操作者的位置，并且空气进入端口 107具有如上所述在方向上成角度的布置，使得从进入空气通道逸出的大量风扇噪声被导向远离大致位于引擎26前方的操作者，如图1A和IB所示。这减小了操作者耳朵处整体空气冷却系统(和其它引擎组件)噪声水平。本文所述的空气进入通道110以及相关的空气进入端口 107的布置提供了声压波在远离操作者方向上的最大衰减。
[0081]将认识到，遮盖件100可位于相对于引擎的冷却系统入口的其它位置，或者可以覆盖引擎的冷却系统入口。因此，遮盖件不限于本文以非限制性的例子给出的、图示并描述的位置和朝向。
[0082]在遮盖件100的其它可能配置中，将认识到，遮盖件主体可以是一件式的整体构造，具有整体盖112和可附接于鼓风机外壳40的安装基座113。
[0083]在遮盖件的一些变形中，可将例如声音阻尼纤维材料的隔音材料应用于遮盖件100的内侧空腔106，以增强遮盖件100的整体噪声减弱性能。声音阻尼纤维材料例如可以是玻璃纤维吸音材料、例如三聚氰胺的泡沫材料、阻尼毡、或各种其它材料。声音阻尼纤维材料可以应用于空腔106内的各个区域，例如顶部104的下侧和/或竖直周向侧壁105的内侧。其它变形也是可以的。
[0084]根据本发明的另一方面，噪声抑制遮盖件100可以包括一个或多个四分之一波谐振器120。四分之一波谐振器120可以进一步减弱引擎气冷系统发射到周围环境的噪声水平。四分之一波谐振器(QWR)可以通过声波抵消衰减声音，在这种情况下其可以为由风扇30或其它引擎组件产生的噪声频率。
[0085]主要参照图14、图17和图18，一个遮盖件中的四分之一波谐振器120包括多个单元121形成的阵列，其通过网格分隔元件122相连或相交而形成。分隔元件122可以放置在遮盖件100内侧的内部空腔106中。在某些遮盖件配置中，分隔元件122可以与遮盖件100 一体形成为遮盖件顶壁104和/或竖直周向侧壁105的整体结构部分。在遮盖件100由聚合物或塑料形成的情况下，分隔元件122可以与遮盖件一起塑型形成。在其它的遮盖件配置中，分隔元件122可以是可插入到并可附接于遮盖件100的单独元件，其可以是预组装的单元，也可以是可以分别附接至遮盖件的独立的分隔元件122。分隔元件122可以通过任何适当的方法(包括但不限于通过紧固件、用闩固定、摩擦固定、粘合、焊接、硬焊等方法)或其组合附接至遮盖件100。
[0086]分隔元件122可配置并设置为形成具有任何适当的多边形或其它期望形状(在仰视图中)的对应单元121，其它期望形状包括但不限于例如正方形(如图所示)、长方形、三角形、六边形、八边形、圆形、蜂巢形以及其它形状。例如如图14所示，分隔元件122的长度Lp和宽度Wp (在仰视图中)以及高度Hp (在侧视图中)可具有任何合适的尺寸。形成底边123和遮盖件100的顶壁104内侧之间的距离的高度限定单元121的对应单元深度Dc (例如参见图18)。在一个遮盖件中，分隔元件122的高度Hp可选择为使得分隔元件122的底边123与鼓风机外壳40的顶部43竖直分隔，以形成间隙从而避免阻碍进入的冷空气流流进叶轮131中。
[0087]分隔元件122的高度Hp对于遮盖件顶壁105下侧上的各部分可以不同，从而单元121可以具有不同的深度Dc。这可以通过将遮盖件各区域中的顶壁104配置为不同以增大或减小高度来实现，或者可以通过在遮盖件下方的各区域中增加中间水平壁(未示出)来实现。例如，在顶壁104稍微弯曲的系统中，顶壁104的弯曲特性使单元121具有不同的深度Dc0因此，在某些遮盖件中，根据期望被四分之一波谐振器120衰减的声音频率，分隔元件122高度Hp和相应的单元深度Dc可以是不均匀的也可以是均匀的。
[0088]通过使用四分之一波谐振器120 (和单元121)减弱(通过波的抵消减弱)的噪声频率可以至少部分地取决于单元121的深度Dc。单元121的深度Dc可以调谐为用于减小(或消除)特定频率(或频段)的噪声。在某些四分之一波谐振器120中，某些单元121可以配置为具有不同的深度Dc以使某些单元121减弱(或消除)的噪声频率可以与其它单元121不同。例如，如上所述，在顶壁104稍微弯曲(或以其它方式为非严格水平)的系统中，顶壁104下方的单元121可以具有不同的深度Dc。这样，累计结果可以是四分之一波谐振器120可用来在更大的频率范围减弱(或消除)噪声。
[0089]遮盖件100的至少一部分可以包括具有相关联的分隔元件122的四分之一波谐振器120。在某些遮盖件中，分隔元件122可以以与风扇叶轮131相反的方向朝向遮盖件100的几何中心聚集，以衰减从叶轮发射出的噪声。在其它遮盖件中，遮盖件100内的空腔106的各个离散部分可以包括具有分隔元件122的四分之一波谐振器120 (例如在空气进入通道110的一些部分中的相对的叶轮等等)。在另一些其它遮盖件配置中，如图27所示，基本整个空腔106可由四分之一波谐振器120和分隔元件122填充至遮盖件的几何尺寸所容许的程度。
[0090]通过改变设计参数，四分之一波谐振器120可以调谐为减小特定频率范围或频段内的冷空气系统噪声，改变的设计参数例如但不限于遮盖件100包括四分之一波谐振器120的程度、分隔元件122形成的单元121的形状、单元的深度Dc、以及分隔元件122的构成材料。因此，遮盖件100的声音衰减性能通过这种调谐得以优化，以补偿并减小给定的引擎系统的特定噪声生成频率。因此，四分之一波谐振器120可以被配置并调谐为消除窄带噪声频率和宽带噪声频率。
[0091]在某些遮盖件中，可以如图26所示省略四分之一波谐振器120，并且遮盖件100可以依赖于空气进入通道100来衰减系统噪声。
[0092]遮盖件100 (包括基座113和盖子112)和四分之一波谐振器120可以由任何适当的金属或非金属材料制成，包括但不限于钢或铝、聚合物/塑料(例如聚氯乙烯、丙烯酸等)、玻璃纤维等。在一个实例中，遮盖件100可以由20%玻璃填充的聚丙烯制成。四分之一波谐振器120分隔元件122可以由相同或不同的材料制成。在一个实例中，鼓风机外壳40可以由20%玻璃填充的聚丙烯或任何适当材料制成。因此，遮盖件、四分之一波谐振器和鼓风机外壳不受构成材料的限制，构成材料被选择为提供期望的吸音特性和适合于特定应用的其它性能因素。
[0093]根据本发明的另一方面，噪声抑制遮盖件100可包括微穿孔面板(MPP) 130,用于作为四分之一波谐振器120的补充或替代来进行吸音。图28和29示出了合并有与四分之一波谐振器120结合使用的微穿孔面板130的遮盖件100。该微穿孔面板可以由基本平坦的材料片131 (例如金属片)构成，该材料片包括具有预定直径和间距P (相邻通孔之间的间隔)的多个规律间隔的微尺寸穿孔或通孔132。通孔132可以具有相同或不同的直径，并且可以为包括任何适当的配置(包括通常使用的圆形和其它形状)。
[0094]微穿孔面板130可以位于遮盖件100内的各种位置处。微穿孔面板130可以将遮盖件100划分为两个或更多个分开的空腔。例如，微穿孔面板130可以在遮盖件100中水平设置，将遮盖件划分为上空腔和下空腔。在某些这种系统中，微穿孔面板130可以置于距离顶壁104的深度Dp处，该深度处被设置并调谐为提供某些不期望的噪声频率的波的抵消，和/或使得顶壁104位于具有来自微穿孔面板130的最低波压的距离处。微穿孔面板130可以是平坦的，也可以具有弯曲的、波纹的、弯折的或其它形状的表面。其它变形也是可以的。
[0095]微穿孔面板130可以置于四分之一波谐振器120的下方位于遮盖件100的底部108和该四分之一波谐振器之间。在其它遮盖件中，微穿孔面板130可以置于四分之一波谐振器120的上方位于遮盖件100的顶壁104和该四分之一波谐振器之间。具有深度Dp的空气间隙C可以形成在遮盖件100的顶壁104下方的微穿孔面板130后面。在此实例中，空气间隙C的深度Dp可以与分隔元件122的高度Hp和遮盖件100在四分之一波谐振器中的深度Dc共同扩张。这样，与微穿孔面板130相关联的空气间隙C将由整个遮盖件空气106的一部分形成。
[0096]在遮盖件的一种配置中，微穿孔面板130可以如图所示包围遮盖件100的整个底部108。在其它可能的遮盖件中，微穿孔面板130可以覆盖遮盖件100的底部108的仅一部分，例如覆盖在包括四分之一波谐振器120的区域上，或者可选地覆盖在不包括四分之一波谐振器的遮盖件区域上。
[0097]基于亥姆霍兹共振原理，微穿孔面板对于吸收预定衰减频段或范围内的声音或噪声是有效的，因此能减小得到的反射声音。通过改变微穿孔面板的设计参数，可以将衰减频段定制为窄带或宽带。穿孔或通孔132的大小、间隔或间距P、片131的厚度Tp、构成片131的材料、以及片后面的空气间隔C的深度Dp都会对得到的微穿孔面板的噪声消除特性和衰减频率造成影响。因此，发明人发现，可以对这些参数进行调整以改变微穿孔面板130的噪声消除特性，并将微穿孔面板进行调谐以滤除特定频率从而适应于给定的引擎和邻近的相关联的气冷系统。在某些遮盖件中，能够通过使遮盖件的顶壁104呈穹顶形或凸形(如图29中的虚线所示的顶壁104’示出)来按照期望增大空气间隔C的深度Dp。前述参数可以调整以达到用于噪声消除的期望的声音频率过滤和衰减特性。
[0098]在某些系统中，可改变相同微穿孔面板130内的通孔132大小、间隔或间距P、和/或片131的厚度Tp中的一个或多个。例如，可以将微穿孔面板130的中心附近的通孔132的大小设置为不同于微穿孔面板130的中心具有更大径向距离处的通孔132。在此例子中，微穿孔面板130中心附近的通孔132可以使微穿孔面板130在面板130中心附近吸收第一频率范围附近的噪声(调谐为在面板130中心附近的通孔132的参数)，而微穿孔面板130的周界附近的通孔132可以使微穿孔面板130吸收不同频率范围附近的噪声(调谐为在面板130外边缘附近的通孔132的参数)。其它变形也是可以的。
[0099]参照图29，具有微穿孔面板130的遮盖件100还可以包括分隔物，在某些设计中，分隔物可以与图示的为四分之一波120提供的分隔元件122类似地配置。在这些遮盖件100中的分隔元件122可以构造为、定位为和/或用于迫使微穿孔面板130和顶壁104之间的特定波传播(例如线性平面波传播)。由分隔物122引起的迫使的波传播可以增大遮盖件100的噪声衰减和吸收特性。用于微穿孔面板130的分隔物可以也作为四分之一波谐振器，调谐用于消除特定频率的噪声，但也可以不作为四分之一波谐振器。微穿孔面板130可以定位于分隔元件122的上方或下方。
[0100]如图30所示，可以使用多于一个微穿孔面板130来扩大面板所吸收的频率范围。在示出的遮盖件100中，两个微穿孔面板130和130’竖直设置并相互挨着，且由空气间隙隔开。在其它变形中，两个微穿孔面板130和130’可以堆叠在一起并相互接触。通过对每个微穿孔面板提供不同的通孔132大小、间隔或间距P、片131的厚度Tp、或构成片的材料，两个微穿孔面板130和130’中的每个可以具有不同的吸音特性。因此，具有两个面板130和130’(每个面板具有不同的吸音特性)的系统可以比仅具有一个面板130吸收更大频率范围的声音。因此，两个微穿孔面板130和130’之间的空气间隙可以构造为使得两个微穿孔面板130和130’之间距离提供额外的消波和/或低波压特征。由于该间隔的构造和配置，当声音/噪声在面板130和130’之间反射并重新导回匹配波时，会发生消音。具有相同或相近频率的方向相反的声波将趋向于相互抵消(衰减)。
[0101]还是如图30所示并如上所述，一个或多个微穿孔面板130、130’等可以在没有四分之一波谐振器120的情况下单独使用。然而，将认识到，多个微穿孔面板130也可以与四分之一波谐振器120 —起使用。
[0102]在微穿孔面板130的一个实施例中，通孔可具有0.05mm至0.5mm范围内的直径。通孔可以由任何适当的方法形成，包括但不限于激光切割或其它方法。微穿孔面板片131可以由任何适当的金属或非金属材料制成，包括但不限于例如钢或铝、聚合物/塑料(例如聚氯乙烯、丙烯酸等)、玻璃纤维等材料。因此，微穿孔面板130不受构成材料的限制，构成材料可以选择来提供适用于特定应用的期望的消声特性。
[0103]在微穿孔面板的一些变形中，微穿孔面板130的周向边缘可以沿着竖直侧壁105与遮盖件100的内侧密封，以在遮盖件和面板之间建立基本气密的空气间隔C，以使面板边缘和遮盖件之间的反射声波泄露最小化。因此，从面板后面的空气间隔C反射的噪声或声音将仅具有向后穿出面板通孔132的路径。微穿孔面板130的边缘可以由任何适当方法密封，包括但不限于利用填塞材料或密封剂、垫圈、焊接(例如金属或声音塑料，取决于用于遮盖件和面板的材料)和其它方法。
[0104]发明人对遮盖件100进行了预先的计算机建模，以确定在具有或不具有本文公开的某些前述噪声抑制特征的各种组合的情况下能够达到的可能的声音传播损耗。得到的传播损耗曲线如图39所示。基线曲线结果(轻虚线)表示不具有四分之一波谐振器和微穿孔面板的空的遮盖件和空气进入通道110，其仅依赖于冷空气通道和遮盖件主体来进行声音衰减。将四分之一波谐振器120的增加建模为如本文所述具有9*9单元阵列(图39示出了9个空腔)(轻实线曲线)，以确定其对遮盖件的声音抑制性能的效果。增加微穿孔面板130的效果建模为两种，一种是单独在遮盖件中(重实线曲线)，一种是与9*9单元四分之一波谐振器120相结合(重虚线曲线)。
[0105]如建模结果所显示的，并入了微穿孔面板130 (单独的或者与四分之一波谐振器120结合的)的遮盖件100的噪声抑制性能(即，最高分贝声音传播损耗)在较宽频段或者频率范围内通常好于不具有微穿孔面板的遮盖件。还示出了单独添加四分之一波谐振器比空遮盖件通常具有更好的性能。然而，将认识到，即使是并入了特别配置并定位的空气进入通道110的空遮盖件100也提供了改进的噪声消减和隔离性能，并且噪声消减和隔离性能可以通过使用纤维吸音材料进一步改善。建模的结果进一步证明了，从噪声抑制的观点，本文公开的遮盖件和噪声抑制特征均能够高度定制化，并且可以以各种组合相结合以针对给定应用实现感兴趣的各种频段或频率范围内的期望声音衰减水平。
[0106]根据前述讨论和计算机辅助建模，将认识到，具有空气进入通道110的遮盖件100结构本身可以认为能提供基线噪声消减，被调谐为主动减小某个第一频率范围或频段以及噪声消减程度(即分贝或声压)内的风扇噪声。可以添加四分之一波谐振器130或微穿孔面板130，用来与空气进入通道110—致地减小第二频率范围或频段内的噪声，从而具有累加的噪声消减效果。对于具有微穿孔面板130的系统，可以添加分隔物122来提供强制的线性波传播，这可进一步减小系统的噪声。在某些系统中，可以添加四分之一波谐振器120和微穿孔面板130中未使用的另一个，以减小第三频率范围或频段的噪声，具有进一步累加的噪声消减效果。这些系统中的任意系统还可以包括纤维吸音材料，纤维吸音材料可以构造用来基于纤维材料的吸音系数在期望频率范围上提供衰减。
[0107]第一、第二和第三频率范围中的任意频率范围可以是相同的，从而在该频率范围上提供增强的噪声消减。例如，遮盖件可以包括被构造为在800Hz至1000Hz的频率范围吸音的微穿孔面板130，同时四分之一波谐振器可以构造为具有在相同的或者重合的频率范围消波的深度Dc。在其它例子中，第一、第二和第三频率范围中的任意频率范围可以是不同的，从而在比各个单独频率范围更宽的频率范围上提供噪声消减。因此，通过使用上述声音消减特征中的一些或全部实现的组合的风扇噪声消减可以操作为在期望和关注的频谱上提供显著的或最大化的噪声消减，和/或在较宽的频谱上衰减声音，从而提供本文描述的噪声抑制系统的高度定制化。
[0108]根据本发明的另一方面，微穿孔面板130可以协同设计为与所选的风扇类型相结合，以优化遮盖件噪声消减系统的性能。单坡叶轮31 (相等的周向叶片间距)或调整叶轮(不相等的周向叶片间距)设计均具有不同的噪声产生特性。例如，单坡叶轮31可以比调整叶轮33设计在较窄(并有时候更高)频段上通常产生更大的噪声水平。通过任一设置，叶轮的叶片间距和配置都可以进行选择，以有意地将最大噪声水平限制在预定频率范围内，该预定频率范围与微穿孔面板130被设计用于衰减相同频率的频率范围一致。例如，引擎26可以具有单坡(叶片等距)叶轮31，该叶轮特意设计为在1040Hz至1560Hz的第一频段内产生最大噪声水平。该频率范围之外的叶轮噪声将更低，并且在某些情况下可以是可接受的水平。通过如上文所述控制微穿孔面板130的设计参数，微穿孔面板130可以特别设计为具有在给定的引擎速度下对1040Hz至1560Hz的与叶轮相同的频段内的声音可操作地衰减的噪声抑制特性。最终结果是在相对宽的频率范围或频段对叶轮噪声进行衰减，包括使叶轮的最令人不快的峰值频率最小化。由此，尽管使用单坡叶轮31由于在窄频段具有更大的噪声而在有些方面是不期望的，但是使用被调谐用来在该频率减小噪声(通过吸音或消波)的微穿孔面板130和/或四分之一波谐振器120，可以得到比具有调整间距叶轮33的引擎更安静的引擎。
[0109]尽管上述说明和附图提供了某些示例性的系统，但应该理解，可以对其进行各种添加、修改和替代，而不偏离所附权利要求的等同范围的精神和范围。尤其是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以以其它形式、结构、设置、比例、大小、以及具有其它元件、材料、部件来实施，而不偏离其精神或实质特征。此外，方法/处理还可以有大量的变形。本领域技术人员还将理解，本发明可以与结构、设置、比例、大小、材料和组件以及本发明实践中使用的其它特征的许多修改一起使用，这些修改特别适用于具体环境和操作要求，而不偏离本发明的原理。因此，本文公开的实施方式在全部方面都应该考虑为示例性而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求及其等同来限定。更确切地，所附权利要求应该广义解释为包括本领域技术人员能够得到的不偏离本发明等同范围的本发明的其它变体和实施方式。
【权利要求】
1.一种用于引擎的噪声抑制遮盖件，所述遮盖件包括: 具有下部和上部的主体，所述下部被配置为安装在引擎的鼓风机外壳上； 在所述主体内形成的空腔；以及 放置在所述空腔中的四分之一波谐振器，所述四分之一波谐振器被调谐为对所述鼓风机外壳内的风扇产生的第一频率范围的噪声进行衰减。
2.根据权利要求1所述的遮盖件，其中，所述遮盖件的主体包括闭合的顶部和部分打开的底部。
3.根据权利要求1所述的遮盖件，其中，所述四分之一波谐振器包括多个交叉的隔离物，所述多个交叉的隔离物形成多个对应的单元。
4.根据权利要求3所述的遮盖件，其中，所述隔离物放置在所述遮盖件的主体的上部。
5.根据权利要求3所述的遮盖件，其中，所述隔离物的底部边缘与所述遮盖件的主体的底部在垂直方向上间隔开。
6.根据权利要求1所述的遮盖件，其中，所述四分之一波谐振器与位于所述鼓风机外壳的顶部中的风扇叶轮垂直对准。
7.根据权利要 求1所述的遮盖件，进一步包括:放置在所述遮盖件中的至少一个微穿孔面板，所述至少一个微穿孔面板被调谐为减小第二频率范围内的噪声。
8.根据权利要求7所述的遮盖件，其中，所述至少一个微穿孔面板在所述遮盖件的主体的空腔中放置在所述四分之一波谐振器的下方。
9.根据权利要求7所述的遮盖件，进一步包括:放置在所述遮盖件中的第二微穿孔面板，所述第二微穿孔面板被调谐为去除第三频率范围内的噪声。
10.根据权利要求1所述的遮盖件，其中，所述遮盖件包括一对水平伸长的空气进入通道，所述空气进入通道与位于所述鼓风机外壳的顶部中的风扇叶轮流体连通。
11.根据权利要求1所述的遮盖件，其中，每个空气进入通道的大部分位于由所述遮盖件限定的两个后象限之一中。
12.根据权利要求10所述的遮盖件，其中，所述主体的下部是被配置为安装在鼓风机外壳上的基座，所述上部是能够附接于所述基座的分离的盖子。
13.根据权利要求12所述的遮盖件，其中，所述基座限定一对空气进入端口，所述空气进入端口与冷空气通道流体连通。
14.一种用于引擎的噪声抑制系统，所述系统包括: 遮盖件，被配置为用于安装在与引擎相关联的鼓风机外壳上； 形成在所述遮盖件内的空腔；以及 放置在所述遮盖件中的至少一个微穿孔面板，所述至少一个微穿孔面板被调谐为减小由风扇产生的第一频率范围内的噪声。
15.根据权利要求14所述的噪声抑制系统，进一步包括:一对水平伸长的空气进入通道，每个所述空气进入通道设置在所述遮盖件的后象限中并与所述空腔流体连通，所述空气进入通道能够操作为将周围的冷空气吸进所述遮盖件和风扇中。
16.根据权利要求14所述的噪声抑制系统，进一步包括:放置在所述遮盖件中的第二微穿孔面板，所述第二微穿孔面板被调谐为去除第二频率范围内的噪声。
17.根据权利要求14所述的噪声抑制系统，进一步包括:放置在空腔中的四分之一波谐振器，所述四分之一波谐振器被调谐为减小第三频率范围内的噪声。
18.一种用于气冷引擎的噪声抑制系统，所述系统包括: 遮盖件，被配置为安装在与引擎相关联的冷空气风扇的外壳上； 空腔，形成在所述遮盖件中并位于风扇叶轮上，所述风扇叶轮由所述冷空气风扇的外壳旋转支撑；以及 一对水平伸长的空气进入通道，每个所述空气进入通道形成在所述遮盖件的后象限中并与所述空腔流体连通，所述空气进入通道能够操作以将周围的冷空气以朝向所述风扇叶轮的前向方向吸进所述遮盖件中； 其中所述空气进入通道在声学上配置为对所述冷空气风扇产生的噪声进行衰减。
19.根据权利要求18所述的噪声抑制系统，其中，所述空气进入通道包括多个成角度的侧壁表面，所述侧壁表面配置为反射所述风扇产生的噪声。
20.根据权利要求18所述的噪声抑制系统，其中，所述遮盖件包括闭合的顶壁和周向侧壁。
21.根据权利要求18所述的噪声抑制系统，其中，除了由所述空气进入通道形成的开放的空气进入端口之外，所述遮盖件用作闭合的底部。
22.根据权利要求18所述的噪声抑制系统，其中，每个空气进入通道的大部分位于由所述遮盖件限定的两个后象 限之一中。
【文档编号】F04D29/66GK104047724SQ201410046811
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】T·W·勒罗伊, J·T·贝科夫斯基, R·W·艾伯特 申请人:科勒公司