空气过滤装置
阅读说明：本技术 空气过滤装置 (Air filter ) 是由 乔基奥·基隆迪 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及车辆的进气系统的空气过滤装置(1),该进气系统包括与该空气过滤装置(1)和车辆的发动机流体地连接的进气系统导管。空气过滤装置(1)包括：管状过滤器(3),包括由内表面(30)限定的中心腔(300),其中,吸入的空气从外侧到内侧地穿过管状过滤器(3)。空气过滤装置(1)还包括：容纳在中心腔(300)中的内部结构(4),包括：i)流出壁(5),在中心腔(300)内限定出进气通道(300’)和内导管(300”),被吸入的清洁空气穿过管状过滤器(3)在进气通道(300’)中流动；ii)至少一个消声元件(6),适于拦截和抑制由车辆发动机产生的声波,其中,消声元件(6)位于沿轴线(X-X)在流出壁(5)上的预定轴向位置。(The invention relates to an air filter device (1) of an air intake system of a vehicle, the air intake system comprising an air intake system duct fluidly connected with the air filter device (1) and an engine of the vehicle. An air filter device (1) comprises: a tubular filter (3) comprising a central cavity (300) defined by an inner surface (30), wherein the inhaled air passes through the tubular filter (3) from the outside to the inside. The air filter device (1) further comprises: an inner structure (4) housed in the central cavity (300), comprising: i) an outflow wall (5) defining, inside the central chamber (300), an intake passage (300 ') and an inner duct (300 "), the cleaned air sucked in flowing in the intake passage (300') through the tubular filter (3); ii) at least one silencing element (6) suitable for intercepting and suppressing sound waves generated by the vehicle engine, wherein the silencing element (6) is located at a predetermined axial position along the axis (X-X) on the outflow wall (5).)
技术领域
本发明涉及空气过滤装置以及车辆的发动机的进气系统，该车辆的发动机的进气系统包括该空气过滤装置。
本发明的领域在于汽车领域。特别地，本发明具体地涉及从外部环境吸入以到达内燃机的燃烧室的空气。特别地，本发明的空气过滤装置由此与内燃机的燃烧室流体地连接，在内燃机的燃烧室中发生燃烧并因此发生“火花点火”。
背景技术
本领域已知的车辆发动机的进气系统的最新方案中，进气系统从外部环境吸入空气并将空气输送到相关吸热马达的内燃室。
这种系统通常包括过滤装置，过滤装置适于从空气中过滤出分散的颗粒，从而阻止不想要的材料(例如，灰尘或者尘埃)进入到燃烧室内部。
为了改善内燃机的功能和性能，对于这种系统而言，必须在有效过滤空气的同时还允许尽可能多的空气量进入。
为了实现该目的，过滤装置因此必须具有尽可能宽的过滤表面，空气穿过该过滤表面进行流动的同时该表面还对空气进行有效的过滤。现有技术中为了实现该目的，已经开发的空气过滤装置方案包括适于改善当前的空气过滤器的过滤和吸入动作的特定部件和/或元件。
然而，在这些最新方案中，虽然过滤器表面的利用已经得到改善，但是又出现了其他的问题。实际上，这些类型的空气过滤装置使其所安装的车辆发出过度的和令人讨厌的噪声。
遇到该技术问题的已知方案的示例例如在代表申请人权利的文献号为WO2013057549的专利文献中示出。
发明内容
因此，亟需提供一种空气过滤装置，其用于增加流动到发动机的已过滤空气的流量，且不会使安装其的车辆特别嘈杂。
因此，本发明的目的在于提供一种空气过滤装置，其能满足上面的要求，克服上述现有技术的缺陷。
该目的通过根据权利要求1的空气过滤装置以及通过根据权利要求17的车辆发动机的进气系统实现，该车辆发动机的进气系统包括该空气过滤装置。从属于这些权利要求的权利要求示出了涉及更多有利方面的优选实施例。
附图说明
本发明在任何情况下的进一步的特征和优点将通过以下优选实施例给出的描述而变得明显，其中，优选实施例以参考附图的非限制性示例的方式而得。其中：
图1和图1a分别示出了根据优选实施例的空气过滤装置的侧视图及其纵向截面图；
图2和图2a分别示出了根据优选实施例的空气过滤装置的透视图及其纵向截面图；
图3’和图3”示出了根据优选实施例的空气过滤装置的两个示意图，其中表示出了进气流和输出声音流的方向；
图3a示出了前面附图中涉及的空气过滤装置的横截面；
图4和图4a是根据第一优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图5和图5a是根据第二优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图6和图6a是根据第三优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图7和图7a是根据第四优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图8和图8a是根据第五优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图9和图9a是根据第六优选实施例的包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的纵向截面图和横截面图；
图10a和图10b表示包括在本发明的空气过滤装置中的内部结构的两种优选实施例，在其内，分别图形地表示出与第一声模和第二声模相关联的声波；
图11示出了声学测量仪，通过该声学测量仪对空气过滤装置的各种实施例进行了语音测试和测量；
图12a是示出了使用图11中所示的声学测量仪进行的一些声学测试的结果的图表；
图12b是示出了使用图11中所示的声学测量仪进行的其他声学测试的结果的图表；
图13是示出了使用图11中所示的声学测量仪进行的又一些声学测试的结果的图表；
图14是示出了使用图11中所示的声学测量仪另外进行的又一些声学测试的结果的图表；
图15是示出了使用图11中所示的声学测量仪进行的其他测试的图表；
图16表示使用图11中所示的声学测量仪进行的其他测试。
附图标记说明：
1空气过滤装置；2进气歧管；20进气和过滤室；21入口端；22出口端；200歧管部分；3(第一)管状过滤器；3’第二管状过滤器；3”第三管式过滤器；30内表面；31第一端；32第二端；320出气口；300中心腔；300’进气通道；300”内导管；4内部结构；5流出壁；51入口部分；52出口部分；520流出口；6消声元件；6’主消声元件；6”次消声元件；7连接元件；10声学测量仪；11壳体；12声学播放器；13’、13”检测传感器；X-X轴线。
具体实施方式
参考附图，附图标记1指代车辆发动机的进气系统的空气过滤装置。
特别地，根据本发明的空气过滤装置1应用于汽车领域，位于内燃机组的上游以允许预定量空气的已过滤进气直至发动机的燃烧室：空气过滤装置1适于允许为满足发动机正常运行所需的预定空气流量的已过滤进气。
特别地，车辆的发动机的进气系统包括进气系统导管，其适于流体地连接空气过滤装置1和发动机，特别地，流体地连接发动机的燃烧室。
根据本发明，空气过滤装置1包括流体地连接到进气系统导管的管状过滤器3。
管状过滤器3在长度上沿着轴线X-X在第一端31和第二端32之间延伸，第一端31和第二端32轴向上彼此间隔开。
管状过滤器3实际上包括由内表面30限定的中心腔300，已过滤空气穿过该内表面30流动。
第二端32实际上具有与进气系统导管流体地连接的出气口320。
根据本发明，管状过滤器3适于以抽吸方式运行，被吸入(和过滤)的空气可从外侧向内侧地穿过管状过滤器3。管状过滤器3的外侧通过待被过滤的空气而被识别为“脏侧”。管状过滤器3的内侧(即，中心腔300内)通过清洁的空气而被识别为“清洁侧”。
根据一个优选实施例，管状过滤器3由纤维彼此交织的非织造材料制成，其可以使用熔喷法和利用合成纤维(例如聚丙烯)制成。或者可选择地，管状过滤器可以是褶皱隔膜类型，其由具有纤维素纤维和/或合成纤维和/或玻璃纤维的非织造织物构成。
优选地，管状过滤器3是圆柱形的。
在一些实施例中，管状过滤器3是圆锥形状或者截头圆锥形状。
另外，本发明的空气过滤装置1包括内部结构4，内部结构4适于改善管状过滤器3的流体动态特性。实际上，由于内部结构4，消除了仅在靠近管状过滤器3的第二端32的部分积聚进气空气的事实。换言之，由于内部结构4，被吸入的空气量沿着管状过滤器3的整个轴向长度更均匀地分布。
根据一个优选实施例，内部结构4具有相对于轴线X-X基本上轴对称的形状。换言之，内部结构4在长度上沿着轴线X-X延伸，并且其每个横截面关于轴线X-X基本上轴对称。
根据本发明，内部结构4容纳在中心腔300中，以与管状过滤器3配合
根据本发明，内部结构4包括具有入口部分51的流出壁5。入口部分51靠近第一端31，径向地靠近内表面30。
在一个优选实施例中，入口部分51与内表面30接合，优选地提供径向的支撑抵靠。
另外，流出壁5包括靠近第二端32和出气口320的出口部分52，出口部分52与内表面30径向地分离。
根据一个优选实施例，流出壁5基本上是锥形、截头形、喇叭形或者角形。
根据本发明，流出壁5在中心腔300内限定出进气通道300’，被吸入的清洁空气穿过与出气口320流体地连接的管状过滤器3在该进气通道300’中流动。
此外，根据本发明，流出壁5在中心腔300内限定出内导管300”。
因此，进气通道300’是由内壁30和流出壁5界定的通道。进气通道300’与出气口320汇合。
根据一个优选实施例，流出壁5限定出环形流出口520，环形流出口520与出气口320流体地连通，进气通过出气口320流入进气通道300’。
优选地，流出口520轴向位于出气口320处。
内导管300”从流出壁5内限定，换言之，内导管300”由流出壁5包围。内导管300”也与出气口320汇合。
优选地，在入口部分51和出口部分52之间的轴向距离是L。
根据一个优选实施例，流出壁5在管状过滤器3的整个长度上延伸。优选地，在入口部分51和出口部分52之间的轴向距离是L，基本上对应于在第一端31和第二端32之间存在的轴向距离。
根据优选实施例，内部结构4包括至少一个消声元件6，消声元件6适于拦截和抑制由车辆的发动机所产生的声波。
特别地，实际上，该消声元件6位于流出壁5上的预定轴向位置上，该预定轴向位置沿着轴线X-X在入口部分51和出口部分52之间。
消声元件6具有防止内导管300”被用作由车辆发动机所产生的声波进入环境的共鸣板或者传送器的明确目的。也即，消声元件6允许降低在流出壁内的声压。换言之，消声元件6将马达所产生的声波的特征频率位移到更高从而危害性更小的频率，从而降低流出壁内的声压。
根据一个优选实施例，消声元件6包括主消声元件6’，主消声元件6’位于沿轴线X-X基本上对应于流出壁5的中心线的轴向位置。特别地，主消声元件6’位于对应于1/2L的轴向位置处。
优选地，主消声元件6’拦截在第一声模(acoustic mode)中涉及的声波的最高强度点，该最高强度点基本上位于1/2L处，如在图10a中所图示的。
根据一个优选实施例，消声元件6包括次消声元件6”，次消声元件6”位于沿轴线X-X对应于流出壁5的四分之一的轴向位置，轴向上靠近入口部分51或者轴向上靠近出口部分52。
换言之，该次消声元件6”位于1/4L或者3/4L处。
根据一个优选实施例，消声元件6包括两个次消声元件6”，该两个次消声元件6”分别位于沿轴线X-X对应于流出壁5的四分之一的轴向位置，一个轴向上靠近入口部分51，而另一个轴向上相应地靠近出口部分52。
换言之，次消声元件6”位于1/4L或者3/4L处。
优选地，次消声元件6”拦截比在第二声模中涉及的声波强度大的点，如在图10b中所图示的。
根据一个优选实施例，消声元件6包括主消声元件6’和至少一个次消声元件6”。优选地，在这种方式中，第一声模和第二声模的最高强度点均被拦截。
根据一种优选实施例，消声元件6具有在流出壁5中获得的至少一个横向开口的形式。横向开口是径向穿过流出壁5的开口。优选地，在该优选实施例中的消声元件6使得流出壁5能够被声音穿透。
根据一种优选实施例，消声元件6是至少一个孔的形状。
优选地，消声元件6具有多个相互等角度间隔开的孔的形式。
在这方面，需注意的是，图12a以图表方式表示了使用例如图11中所示出的测量仪对具有内部结构但没有消声元件的空气过滤装置进行声学测试所获得的结果，以及对本发明的空气过滤装置进行声学测试所获得的结果，例如，本发明的空气过滤装置的内部结构包括消声元件6(八个孔，分别位于1/2L和2/3L处)。
在该示例中，存在于流出壁5上的消声元件6将第一声模的特征频率从约375Hz的频率分别位移到约550Hz和750Hz的频率。总之，在空气过滤装置的内部结构4的流出壁5上引入消声元件6允许了声波的(基础)声频发生位移，将通过相同的内部结构传播的声频位移到待被确定的更高频率。
优选地，通过识别等效面积(例如，与孔形贯通开口对应的面积)，利用更多个较小的孔可以取得更好的隔音效果。在这方面，需注意的是，图12a如何以图表方式表示的使用例如图11中所示出的测量仪对具有内部结构但没有消声元件6的空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，以及对本发明空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，例如本发明的空气过滤装置1包括分别具有两个孔和八个孔的主消声元件6’。
在该示例中，以小孔形式存在的消声元件6允许第一声模的频率的更大位移；特别地，在两个孔的情况下观察到频率从约375Hz到约550Hz的位移，在八个孔的情况下观察到频率从约350Hz到约750Hz的位移。总之，在空气过滤装置1的内部结构4的流出壁上引入一个或多个孔形式的消声元件6，导致声波的(基础频率)声频发生位移，将通过该内部结构传播的声频位移到更高的频率；这也将在下文中描述的图15和图16中示出。
根据一个优选实施例，消声元件6具有至少一个槽的形式。
优选地，消声元件6具有多个相互等间隔的槽的形式。
优选地，通过识别等效面积(例如，与槽形贯通开口对应的面积)，利用更多个较小的槽(即，长且窄)可以取得更好的隔音效果。
优选地，槽比孔更有效，因为槽适于拦截比圆形孔大的声波部分。
根据一些实施例变型，槽具有便于拦截第一声模的较大强度点和第二声波的较大强度点的长度。例如，槽的长度应在1/2L与1/4L之间延伸，或者应在1/2L与3/4L之间延伸。例如，槽的长度应在1/4L与3/4L之间延伸。
根据其他实施例变型，槽的主要长度在圆周方向上而不是在轴向方向上。
需注意的是，图13如何以图表方式表示的使用例如图11中所示出的测量仪对具有内部结构4但没有消声元件6的空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，以及对本发明的空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，例如在本发明的空气过滤装置中，消声元件6包括轴向槽(槽的长度是长度的3.5倍)形式的主消声元件6’、孔形式的主消声元件6’或者周向槽形式的主消声元件6’。
在本示例中，基本上沿着流出壁的主轴线定向的细长槽与孔或者周向槽(即，与流出壁的轴线正交定向)的情况相比，允许第一声模的频率的更大位移。如图表所示，在周向槽的情况下，观察到从约375Hz到约490Hz的位移；而在平行于主轴线X-X定向的细长槽的情况下，观察到从约375Hz到约530Hz的位移。总之，在空气过滤装置的内部结构上引入一个或多个槽形式的消声元件6，导致通过该内部结构传播的声波的基础频率发生位移，位移到更高的频率。
根据另一优选实施例，消声元件6是大体环形狭缝的形状。
优选地，通过识别等效面积(例如，与由大体环形狭缝所限定的贯通孔对应的面积)，利用更厚的狭缝可以取得更好的隔音效果。
需注意的是，图14如何以图表方式表示的使用例如图11中所示出的测量仪对具有内部结构4但没有消声元件6的空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，以及对本发明的空气过滤装置进行的声学测试所获得的结果，例如在本发明的空气过滤装置中，消声元件6包括呈不同宽度的环形狭缝形式的主消声元件6’。
实际上，以环形狭缝形式存在的消声元件，在狭缝宽度为0.6mm的情况下，允许第一声模频率从约375Hz到约590Hz的位移；在狭缝宽度为3mm的情况下，允许第一声模频率从约360Hz到约740Hz的位移。总之，在空气过滤装置1的内部结构4的流出壁5上引入狭缝形式的消声元件6，确定了通过该内部结构传播的声波的基础频率位移到待被确定的更高频率。
优选地，狭缝将流出壁5物理地分成两个不同的部分。
根据一个优选实施例，吸音材料层位于狭缝上。
根据一个优选实施例，消声元件6是嵌在流出壁5中的吸音材料元件。
优选地，在吸音材料中的消声元件6呈大体环形形状。
根据一个优选实施例，该吸音材料是开孔泡沫材料，例如，是开孔泡沫聚氨酯。
根据一个优选实施例，空气过滤装置1包括多个管状过滤器3，每个管状过滤器3内分别容纳有内部结构4。
优选地，管状过滤器3彼此平行地定位。
根据一个实施例变型，空气过滤装置1包括相互串联连接的至少两个管状过滤器3、3’。优选地，至少位于靠近进气(特别是靠近出气口320)的管状过滤器3包括内部结构4。这样，由远离出气口320的第二管状过滤器3’吸入的空气以抽吸方式流入在轴向上后续的管状过滤器3的内导管300”内。
因此，特别地，由第一管状过滤器3吸入的空气以抽吸方式流入在轴向上、流体上后续的管状过滤器3的内导管300”内。
根据一个优选实施例，轴线X-X沿单个方向延伸，即，沿着单个直线延伸；因此，该至少两个管状过滤器3在轴线X-X上对齐。
优选地，这种类型的实施例通过图1a中的示例示出，其包括三个管状过滤器3、3’、3”，其中，第一管状过滤器3和第二管状过滤器3’还包括对应的内部结构。
根据一个优选实施例，轴线X-X沿多个方向延伸，多个方向以不同的线性部分识别，其中，空气过滤器1包括连接元件7，连接元件7适于连接沿不同的线性部分的管状过滤器3。
优选地，这种类型的实施例通过图2a中的示例示出，其包括两个管状过滤器3、3’，其中，仅第一管状过滤器3包括对应的内部结构4。
根据一个优选实施例，空气过滤装置1还包括外进气歧管2，外进气歧管2限定出进气和过滤室20，管状过滤器3容纳在进气和过滤室20中。优选地，在对应的管状过滤器3的外侧、具有待过滤空气的“脏侧”是进气和过滤室20，具有清洁空气的“清洁侧”是对应的管状过滤器3的内侧(即，中心腔300内)。
优选地，外进气歧管2由多孔材料制成，空气通过该多孔材料从环境吸入。
优选地，根据一种优选实施例，外进气歧管2在其轴向端部识别为用于空气的出口端22和的入口端21。
根据其中每个管状过滤器3沿对应的线性部分定位的实施例，进气歧管2还包括对应的歧管部分200，歧管部分200用于容纳沿着对应的线性部分延伸的对应的管状过滤器3。优选地，连接元件7被设计成支撑管状过滤器3和歧管部分200。
本发明还涉及车辆发动机的进气系统，包括：与车辆发动机流体地连接的进气系统导管，具有前述特征的空气过滤装置1，其中，空气过滤装置1与进气系统导管流体地连接，来自于外部环境的空气被吸入穿过空气过滤装置1并被清除出任何悬浮的颗粒，然后流入进气系统导管。
如已提到的，图11示出的声学测量仪10包括壳体11，壳体11适于容纳空气过滤装置或者模拟空气过滤装置(例如，模拟进气歧管)。声学测量仪10还包括声学播放器12，声学播放器12适于重现马达的声音，优选地重现马达声音的声频。另外，声学测量仪10包括声音检测传感器13’、13”，其优选地位于输入位置和输出位置，在输入位置和输出位置处它们适于检测对应的声音，优选地对应的声频强度。
另外，下面简要描述图15和图16。
图15示出了包括一个或多个孔的主消声元件6’的第一声模的频率效应。
实际上，图表显示，在相同的等效面积Aeq下，更多的孔将允许频率f*的更大位移。
在图表中，变量Y和X定义为：
Y＝第一声模的相对频率位移：
其中，L＝内部结构长度[m]；
c＝声学空气速度[m/s]；
fo＝第一声模的频率[Hz]。
X＝等效孔径
其中，d0＝内部结构的内径[m]；
其中，nh＝孔的数量；
dh＝孔直径[m]；
Aeq＝孔等效面积[m2]。
利用X和Y的这种定义，可以参数化分析孔的几何形状和数量对f*值的影响，从而分析频率Y的位移，如图15中的图表所示。
上述等式允许为实现第一声模的某些频率位移所需的孔的等效面积Aeq，并且因此来估算了来自空气过滤装置的输出的噪声的期望衰减。
图16示出了包括一个或多个孔或狭缝的主消声元件6’的第一声模的频率效应。
实际上，图表显示，在相同的等效面积Aeq的情况下，更多的孔将允许频率f*的更大位移。
图表显示，在相同的等效面积Aeq的情况下，狭缝能够确定频率f*的更大位移。
在图表中，变量Y如上所述的定义，用于孔的变量X如上定义，用于狭缝的变量X则源于等效面积[m2]的定义：
Aeq＝πd0ts
其中，d0＝结构的内径[m]；
ts＝狭缝宽度[m](或者，狭缝厚度[m])。
因此，通过应用上述的不等式，获得图16中的图表，其估算了为实现某些频率位移所需的孔和狭缝的等效面积Aeq，以及因此估算了来自空气过滤装置的噪声的期望衰减。
类似地，对于具有狭缝形式的主消声元件6’的解决方案而言，也可以采用相同类型的推理(获得类似的图表)。
创新地，根据本发明的空气过滤装置和进气系统充分实现了上述目的，克服了现有技术的典型缺点。
有利地，获得了允许高流量的已过滤空气进入发动机的高过滤表面。
有利地，防止排出由发动机产生的噪声，在一些情况下，防止通过空气过滤装置扩大由发动机产生的噪声。
有利地，空气过滤装置包括至少一个消声元件，消声元件允许来自马达的声波的共振频率位移到更高的频率，同时降低其强度。
有利地，进气过滤和发动机噪声消声以减小的尺寸优化。例如，有利地，为了最小化发动机的噪声排放，通过减小或者消除通常安装在内燃机的进气系统上的共振空间，使得在管状过滤器元件内的可用空间得到有效利用。
有利地，本发明的空气过滤装置可以在不同的配置和布局中标准化，甚至可以根据需要混合。有利地，可以预见的方案中，主消声元件是槽的形式而次消声元件是孔形或者狭缝形，或者，反之亦然。
有利地，本发明的空气过滤装置根据其所安装的车辆的发动机，可以设计成具有一个或多个消声元件。
有利地，根据空气过滤装置的相对尺寸以及内燃机所需的空气流量，一个或多个消声元件在内部结构上的位置可以被限定，以及扩展到不同尺寸(直径和/或长度)的过滤器元件。
有利地，优化了发动机机舱中的空间的利用。
有利地，包括消声元件的内部结构机械地支撑过滤元件，通过减少包括空气过滤装置在内的部件数量，从而降低了与进气装置和系统相关联的生产成本。
有利地，管状过滤器可以通过简单直观的操作插入(和堵塞)或者抽出(和解锁)。
显然，本领域技术人员可以对上述的空气过滤装置和进气系统进行修改，以满足可能的要求，所有这些都包含在由以下权利要求所限定的保护范围内。
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