用于內燃機系統的消聲裝置的制作方法

專利名稱：用于內燃機系統的消聲裝置的制作方法
用于內燃機系統的消聲裝置技術領域本公開內容(本發明)一般涉及用于內燃機系統的消聲裝置和策略， 更具體地涉及一種發動機系統，該發動機系統具有可安置在發動機艙內的 部件，該部件被吸聲殼套包圍。
背景技術：
內燃機系統的運行會固有地產生聽得見的聲音/噪聲。在很多環境中， 發動機噪聲令人反感，特別是在某些頻率和強度下。伴隨著發動機運轉的 大量移動部件和燃爆易于產生一定頻率范圍內和各種強度下的噪聲，這些 噪聲會煩擾操作員及發動機附近的旁人。近年來，某些管轄區域已特別針 對降低與發動機系統和其它機器相關的噪聲制定了法規。長久以來工程師們已使用了各種手段來阻抑、吸收由內燃機系統運行 所產生的噪聲和/或改變這些噪聲的方向。對于諸如卡車和工程機械的機動 機器，公知的是在發動機搶四周在不同位置處安置吸聲板，從而以實際可 行的程度防止在發動機系統運轉過程中所產生的噪聲向外傳播。已特別針 對阻抑發動機的聲音傳到周圍環境中而提出多種材料和組件。Blomeling等人的美國專利申請公開No. 2006/0103171涉及一種安置 在發動機系統部件周圍的消聲板系統。具體地，Blomeling等人 ("Blomeling")提出了 一種使用帶有吸聲部件的車身底部覆蓋物的隔聲 策略，所述吸聲部件被帶有微孔的防熱層覆蓋。在Blomeling的設計的一 種方案中，在排氣系統的部件附近，所述^:孔層朝向機動車的車身底部暴 露。因此，在Blomeling的設計中聲音顯然將從機動車內部通過微孔層， 然后在吸聲部件內被吸收而不傳到周圍環境中。但是，該^Hf內容沒有為 這樣的噪聲問題提供適當的策略，即其中車輛結構無法適應大規模地使用 消聲板，或者使用這些消聲板不足以滿足噪聲法規的要求。對于用消聲板達到使發動機系統、車輛等成功地與周圍環境隔絕的程 度而言具有明顯的限制。 一方面，如果不存在質量、尺寸和硬件安裝問題， 那么僅通過添加附加的消聲板，任何車輛或發動機系統都可被屏蔽而不向 環境發出有害噪聲。但是，某些機器和發動機系統的構型會限制消聲板可 安置在發動機艙之內和/或周圍的范圍。發動機排放要求的預期的未來變化 需要將某些新部件增加到一些類型的發動機系統中，或者需要增大現有部 件如微粒過濾器的尺寸。這些部件可能被安置在發動機艙內部并占據先前 可用于安置消聲板的空間。此外， 一些較新的發動機運轉策略已進入普遍 運用，這提高了對發動機冷卻系統的冷卻要求，增加了提供發動機系統通 風的需求，還進一步限制了消聲板在發動機搶周圍的使用。盡管某些發動 機系統可通過機器的罩蓋通風，但該方法在工程機械經常遇到的多塵和多 碎屑的環境中效果欠佳。因此，工程師們已轉而將通風孔設置在機器體部 的側板內而允許一些熱能排出。但是，該方法的一個不期望的結果是，從 發動機系統向外發出額外的聲音。因此，存在大量的關切因素來推動尋求 抑制發動機系統噪聲的改進手段。本公開內容致力于克服上面提出的一個或多個問題或缺點。發明內容在一個方面中，本公開內M供了一種包括殼體的發動機系統，所述 殼體限定發動機槍并在其中具有至少一個聲音產生裝置。設有至少一個發 動機系統部件，其包括聲學反射面，并且一殼套包圍所述至少一個發動才幾 系統部件。所述殼套構造成吸收來自所述至少一個聲音產生裝置的聲音，過的覆蓋物。在另 一方面中，本公開內M供了 一種包括底盤和發動機系統的機器， 所述底盤具有安裝在其上的限定發動機艙的殼體，所述發動機系統設置在 所述發動機艙內。所述機器還包括具有聲學反射面的至少 一個發動機系統 部件和包圍所述至少 一個發動機系統部件的殼套。所述殼套構造成吸收在 所述發動機艙內產生的聲音，并且包括位于所述聲學反射面和所述發動機 艙之間的吸聲材料和聲音可透過的覆蓋物。在又一個方面中，本公開內^R供了一種操作發動機系統的方法。該 方法包括通過操作所述發動機系統而產生聲音，并使所產生的聲音在包圍 至少一個發動機系統部件的殼套內消散，該后一步驟包括使聲能穿過所述 殼套的聲音可透過的覆蓋物，使聲能在所述至少一個發動機系統部件的聲 學反射面上反射，并用所述殼套的吸聲材料吸收聲能。


圖1是根據本公開內容的一個實施例的機器的示意圖； 圖2是適用于根據^^開內容的發動機系統的具有吸聲殼套的發動機 系統部件的局部切除的示意圖；以及圖3是與圖2所示類似的發動機系統部件和殼套的局剖端視圖。
具體實施方式
參照圖1,示出根據本公開內容的安裝在底盤14上的機器10。底盤 14可包括如在多種機器如公路卡車、非公路卡車和工程機械中常用的輪式 底盤。但是，也可使用履帶等而非輪子。此外，除了機動機器，本公開內 容也考慮固定不動的機器如發電機組、壓縮機、泵，實際上是任意可想到 的采用發動機系統的機器。這樣，機器10可包括安置在由殼體15限定的 發動機艙16內的發動機系統11。發動機系統11可包括發動機12如壓燃 式內燃機和至少一個聲音產生裝置。應當理解，在運轉過程中發動機系統 11的許多甚至大部分部件會發出聲音。因此，本文所考慮的聲音產生裝置 可包括，例如，發動機12本身、渦輪增壓器24、各種風扇、轉子、軸、 凸輪、壓縮機等，以及這些部件的組合。因此，本文所稱的噪聲或聲音產 生裝置應當理解為一般是指具有移動部分或能夠產生聽得見的不期望的聲
音一一換言之噪聲一一的發動機系統部件或部件組合。發動機系統11配備成以不同于和優于如本文所述的先前的消聲策略的方式抑制伴^JL動機運 轉而產生的聲音。經由發動機系統11，機器10可配備成經由包圍至少一個發動機系統 部件18的殼套50抑制由所述至少一個聲音產生裝置所產生的聲音，所述 殼套50構造成吸收一部分在發動機搶16內產生的聲音。如本文中所用， 術語"包圍"不應當解釋成是指殼套50必須完全封^J1動機系統部件，而 是如本文所述殼套50可包括開口端或包含一些其它開口 。在一個實際實施 策略中，殼套50可包括基本封裝發動機系統11的一個或多個部件18的專 門的封閉部，使得發動機艙16產生的聲音在殼套50內消散，而不是傳到 周圍環境中。本公開內容所提出的策略構想成經由消聲板或其它手段降低 抑制發動機系統聲音的需要。在使用消聲板的場合，由殼套50包圍的部件 18將提供一種減小聲音的附助方式，相比于先前的設計實現相對更安靜的 運轉。所述至少一個由殼套50包圍的發動機系統部件18可例如在三點式安 裝框架30上安裝在發動機艙16內。安裝框架30可包括第一框架部件33, 其構造成將發動機系統部件18的一端支承在圖中僅示出其中之一的第一 和第二安裝件39上，所述安裝件39大致朝向發動機艙16的一端安置，并 大致設置在第一框架部件33的角部附近。框架30還可包括支承發動機系 統部件18的另一端的第二框架部件35,并且可經由安裝構件51安裝到發 動機12本身上，或安裝到某種其它的適當結構上。本文也考慮具有多于或 少于三個安裝點的其它安裝構型，但是，三點式安裝被認為很適合于發動 機艙16內的振動和沖擊較頻繁的環境。應當想到，殼套50可安置成包圍任意發動機系統部件，并且此處進一 步描述的所示實施例不應當解釋為具有限制性。例如，各種流體儲存器、 壓縮機、泵、渦輪增壓器等都能以類似的方式配備消聲殼套。殼套50甚至 可安置在發動機槍16內的結構部件周圍。發動機系統11還可包括散熱器 系統22和一個或多個消聲板20,它們與發動機系統部件18分開，環繞發
動機搶16安置。同樣參照圖2，顯示了局部切除的視圖，其示出由殼套50包圍的某些 部件18,包括至少一個排氣處理元件36和38。排氣處理元件36和38可 包括適于支持或實現與處理或傳送、物理地或化學地處理或回收來自發動 機排氣等的能量相關的過程的任意部件。在一個實施例中，所述至少一個 排氣處理元件可包括排氣后處理裝置，其包括孩吏粒過濾器36和NOx還原 裝置38中的至少一個。排氣通道48可將樹:粒過濾器36與NOx還原裝置 38相連。殼套50還可包括一個或多個允許排氣從過濾器36和NOx還原 裝置38中的一個或多個流出的出口 。特別地，例如，排氣豎管40可從NOx 還原裝置38伸出殼套50，而另一個排氣通道26可經由出口 28伸出殼套 50以用于排氣再循環。又一個排氣通道34可包括從發動機12到容納在殼 套50內的部件的主排氣通道，并且可經由入口 37進入殼套50。另外參照圖3, —輔助再生裝置32也可安置在適當的排氣通道如通道 34內或與該通道流體連接，并且從殼套50外可接觸到該輔助再生裝置。 輔助再生裝置32可用于以本領域已知的方式使微粒過濾器36再生。盡管 可想到所述至少一個發動機系統部件18可以是多種部件中的任一種，但所 示的微粒過濾器36和NOx還原裝置38的實施例被認為尤其適合安置在殼 套50內，這是因為這些部件通常用于或者今后期望用于負荷較重的壓燃式 柴油機，發動機12可能是其中一種。如本文所述，微粒過濾器36和NOx 還原裝置38也可在發動機艙16內占有大量體積，這可有利地用于抑制發 動機聲音，否則可只占據空間。此外，通常希望在排氣處理元件36和38 周圍安設隔熱物，且如本文將進一步敘述，隔熱物的使用可調節成用作吸 聲的附加功能。在其它實施例中，可將聲音基本上無法透過的層如金屬片 安置在過濾器35和NOx還原裝置38周圍并位于殼套50內。圖2和3還示出框架30的一部分一—I型梁31,其可在殼套50的端 部之間延伸，或者一直延伸到殼套50之外，或者完全容納在殼套50之內， 并構造成向部件36和38提供支承。但是，也可想出其它安裝構型，I型 梁31以及延伸在殼套50內的所有部件周圍的可選地附加的部件如保持帶
的使用可提供一種實用的實施策略。如上文所提到的，殼套50特別構造成使得聲能可在其中消散而非傳到 周圍環境中。為此，殼套50可包括聲音可透過的外層，例如帶有微孔的金 屬外皮54，其構造成允許聲能從發動機搶16進入到由殼套50限定的內部 體積中。適當的微孔外皮所用的一個商業來源是Odecon，瑞典AB的 Sontech Noise Control。其它適當的聲音可透過的材料是聲學領域的技術人 員所已知的。在任何情況下，希望外皮54采用相對于所述至少一個發動機 部件18的聲學反射面52而言允許聲能透過的材料。換言之，外皮54應當 比聲學反射面52例如一個部件18的外表面相對說來更能允許聲能透過。 可在外皮54內安置吸聲材料56-—其可包括隔熱材料如纖維隔熱物，例 如礦棉、玻璃纖維等一一使得在殼套50的容積內反射的聲能可被材料56 吸收。外皮54通常安置在材料56和發動機搶16之間。外皮54可包括第 一厚度，例如大約0.5毫米，而材料56可具有更大的第二厚度。帶有微孔 的外皮54中的孔可處在大約0.05毫米至大約0.5亳米的范圍內。工業實用性在發動機系統ll運轉期間，聲音通常在發動機艙16內由多種來源產 生，包括旋轉和碰撞的部件，源于燃爆、振動等。所產生的聲能的一部分 將穿過外皮54,并由聲學反射面52反射。 一般說來， 一旦聲能或聲波從 聲學反射面52或殼套50的容積41內的任何其它表面,iL^射，則聲能將更 不易于返回穿過外皮54，這是因為凈iL^射聲波的方向往往不同于它們最初 穿過外皮54時的方向。結果，殼套50內的大部分聲波將被材料56吸收。 這樣，殼套50和部件18的組合將吸收聲能，否則這些聲能可能從發動機 艙16傳到周圍環境中。本公開內容相比于發動機和機器系統的僅試圖防止聲能從發動機搶傳 出的傳統消聲策略具有顯著優勢。^^開內容并非試圖用占據空間且使整 個發動機系統隔熱的消聲板來封裝發動機搶，而是提供了 一種新的手段在 發動機搶本身內吸收一部分聲能。在某些發動機系統和某些操作環境中，
本公開內容的實施可保證消除或降低對消聲板的需求。并且，在使用消聲 板的場合，本文所述的吸聲殼套和發動機系統部件的組合將與消聲板一起 工作以相比于傳統系統而言進一步減少不期望獲得的聲音。更進一步，在許多柴油機系統如發動機系統11中，微粒過濾器和NOx還原裝置正成為 標準部件。無論如何，通常需要對這些排氣系統部件進行隔熱，以保護其 它發動機部件以及防止加熱發動機的進氣，且由此帶有微孔的金屬外皮的 添加允許隔熱材料用作吸聲材料而不會顯著增加整個系統的重量和費用。 外皮54還為材料56和置于其中的部件18提供機械保護。本^Hf內容僅用于例述性的目的，不應當解釋成以任何方式來縮小本 公開內容的范圍。因此，本領域技術人員能理解，可對當前公開的實施例 作出各種修改而不會背離^^開內容的預期精神和范圍。例如，盡管本說 明書集中于用殼套50包圍相關的排氣處理元件36和38, ^旦應當理解，也 可將不相關子系統的發動機系統部件安置在一起。殼套50的設計也不限于 本文所公開的，并且可定制成與其要包圍的部件相適應。在一種設計中， 殼套50可包括具有第一和第二部分的類似于蛤殼的構型，所述第一和第二 部分可在一個或多個部件周圍閉合以如本文所述地允許所述部件和殼套 50吸收發動機搶內的聲音。在考察附圖和所附權利要求時可清楚地看到其 它方面、特征和優點。
權利要求
1.一種發動機系統，包括殼體，該殼體限定發動機艙并在其中具有至少一個聲音產生裝置；包括聲學反射面的至少一個發動機系統部件；以及殼套，該殼套包圍所述至少一個發動機系統部件并構造成吸收來自所述至少一個聲音產生裝置的聲音，所述殼套包括位于所述聲學反射面和所述發動機艙之間的吸聲材料和聲音可透過的覆蓋物。
2. 如權利要求l所述的發動機系統，其特征在于， 所述殼套的所述聲音可透過的覆蓋物包括帶有微孔的外皮；以及 所述至少一個發動機系統部件包括排氣處理元件，并且所述吸聲材料包括設置在所述聲學反射面和所述帶有微孔的外皮之間的隔熱材料。
3. 如權利要求2所述的發動機系統，其特征在于，還包括至少一個 與所述殼套分開且構造成阻抑聲音離開所述發動機艙的消聲板。
4. 如權利要求2所述的發動機系統，其特征在于，所述排氣處理元 件包括微粒過濾器和NOx還原裝置中的至少一個，并且所述發動機系統還 包括在所述殼套內延伸且與微粒過濾器和NOx還原裝置中的所述至少一 個相連的支承梁。
5. —種機器，包括底盤，該底盤具有安裝在其上的限定發動才幾艙的殼體； 設置在所述發動機艙內的發動機系統； 具有聲學反射面的至少一個發動機系統部件；以及 殼套，該殼套包圍所述至少一個發動機系統部件并構造成吸收在所述發動機艙內產生的聲音，所述殼套包括位于所述聲學反射面和所述發動機艙之間的吸聲材料和聲音可透過的覆蓋物。
6. 如權利要求5所述的機器，其特征在于，所述至少一個發動機系 統部件包括排氣處理元件，并且所述殼套限定構造成允許排氣流入所述排 氣處理元件和從所述排氣處理元件流出的入口和出口。
7. 如權利要求6所述的機器，其特征在于，所述吸聲材料包括隔熱 材料，并且所述聲音可透過的覆蓋物包括包圍所述隔熱材料的帶有孩i孔的 外皮。
8. 如權利要求7所述的機器，其特征在于，所述帶有微孔的外皮包 括第一厚度，所述吸聲材料包括比所述第一厚度大的第二厚度。
9. 一種操作發動機系統的方法，包括 通過操作所述發動機系統而產生聲音；以及使所產生的聲音在包圍至少一個發動機系統部件的殼套內消散，包括 使聲能穿過所述殼套的聲音可透過的覆蓋物，使聲能在所述至少一個發動 機系統部件的聲學反射面上反射，并用所述殼套的吸聲材料吸收聲能。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括經由安置在所述 發動機系統四周的消聲板使所產生的聲音消散的步驟；其中使聲能穿過所述殼套的聲音可透過的覆蓋物包括使聲能穿過包圍 所述吸聲材料的帶有微孔的外皮；以及其中所述至少一個發動機系統部件包括熱輻射元件，所述方法還包括 經由所述殼套的吸聲材料和帶有微孔的外皮對所述熱輻射元件進行隔熱的 步驟。
全文摘要
本發明涉及用于內燃機系統的消聲裝置，以及具有發動機系統的機器，其中具有聲學反射面的至少一個發動機系統部件由構造成吸收來自發動機系統的至少一個聲音產生裝置的殼套包圍。該殼套包括位于聲學反射面和機器的發動機艙之間的吸聲材料如纖維隔熱物和聲音可透過的覆蓋物。殼套的聲音可透過的覆蓋物可包括帶有微孔的外皮，其中來自發動機系統的至少一個聲音產生裝置的聲能可進入由殼套限定的體積內，在其中被吸聲材料吸收。一種操作發動機系統的方法包括使發動機聲音在包圍發動機系統部件的殼套內消散，所述殼套包括聲音可透過的覆蓋物和安置在該覆蓋物內的吸聲材料。可用所述殼套使排氣后處理元件隔熱。
文檔編號F02B77/13GK101165328SQ20071018235
公開日2008年4月23日 申請日期2007年10月18日 優先權日2006年10月19日
發明者D·C·科普利, J·卡拉斯, K·L·馬丁 申請人:卡特彼勒公司