车辆的空气滤清器壳体的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的空气滤清器壳体。本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其它车辆中，例如轿车。


背景技术：

2.当今的大多数卡车是由内燃发动机驱动的。为了使燃烧过程中使用的空气保持清洁，通过设置在空气滤清器中的空气过滤器来净化外部空气。这种空气过滤器通常定期更换(例如，从在每月一次到一年两次)，以将空气净化功能保持在期望水平。空气过滤器和空气滤清器可以被设计成许多不同的形状和构造。当今的卡车中最常见的解决方案是使用带有圆柱形空气过滤器的圆柱形空气滤清器。卡车通常设置有涡轮增压器(也简称为“涡轮”)，以提高内燃发动机的效率和动力输出。例如，空气过滤器可以设置在该涡轮的上游。
3.当内燃发动机的进气门打开时，会产生噪音，并且该噪音趋向于一直传播到空气滤清器并最终进入卡车的驾驶室。这种噪音可能会被驾驶员视为干扰并引起刺激。因而，将希望降低这种噪音传播并提高驾驶室内的舒适度。
4.已经进行了各种尝试来解决这种问题，包括将谐振器腔附接到环形过滤器元件的轴向端部，该谐振器腔经由过滤器元件的轴向端部中的开口与过滤器元件的内部连通。虽然这种布置具有提供声音衰减功能的优点，但提供谐振器也有缺点。与不使用谐振器的情况相比，整个布置变得更加笨重(因为具有过滤器元件和轴向连接的谐振器的布置需要更长的空气滤清器，以容纳这种布置)，或者如果要避免这种缺点，必须减小有效的过滤器面积，这会影响空气净化功能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于车辆的空气滤清器壳体，其减轻了上述缺点。
6.根据本发明的第一方面，该目的通过一种空气滤清器壳体来实现。
7.该空气滤清器壳体包括
8.‑
外周向壁，
9.‑
围绕几何中心轴线的内周向壁，
10.‑
在内周向壁和外周向壁之间的空间，该空间适于容纳用于过滤空气的至少一个过滤器元件，其中，该内周向壁设置有开口，以允许过滤后的空气径向向内穿过内周向壁，
11.‑
第一端，
12.‑
敞口的第二端，该敞口的第二端用于将空气滤清器壳体流体连接到涡轮，该敞口的第二端位于与第一端相反的位置，其中，所述几何中心轴线从第一端部朝向该敞口的第二端延伸，以及
13.‑
谐振器，其中，该谐振器被内周向壁环绕，使得：穿过内周向壁进入的空气在谐振器的外表面上经过，到达并穿过所述敞口的第二端。
14.本发明基于这样的认识：通过将谐振器定位在由空气滤清器壳体的内周向壁限定的空间中，例如，通过将谐振器放置成被内周向壁同轴地环绕，可以在不影响尺寸或净化效率的情况下获得高效的声音衰减。
15.通过提供包括被内周向壁环绕的谐振器的空气滤清器壳体，没有增加额外的体积，即，它不会导致空气滤清器的任何额外的轴向长度。本发明具有如下优点：允许保持与没有谐振器的空气滤清器相同的尺寸和清洁效率。这还具有进一步的优点：即，通常设置在空气滤清器壳体的内周向壁和外周向壁之间的过滤器元件(例如安全过滤器和主过滤器)也可以与本发明的空气滤清器壳体一起使用而无需改动这些过滤器元件，因为谐振器是位于内周向壁的径向内部，而过滤器元件适合位于内周向壁的径向外部，所以不需要改动内周向壁的外部的设计。此外，本发明具有提供声音衰减效果的优点。
16.通过将谐振器放置成使得穿过内周向壁进入的空气然后在谐振器的外表面上(例如沿着谐振器)经过，可以将足够的流体流提供给与过滤器元件的所述敞口的第二端直接或间接连接的任何部件(例如涡轮)。
17.根据至少一个示例性实施例，该谐振器与内周向壁一体形成。因而，该谐振器可以形成空气滤清器壳体的整体部分。这样的优点在于，该谐振器和内周向壁可以在一个模制过程中使用一个模制工具来制造，因此允许简单地制造空气滤清器壳体。
18.根据至少一个示例性实施例，空气滤清器壳体包括与该谐振器及内周向壁一体形成的多个连接元件，其中，这些连接元件围绕该谐振器分布并且从该谐振器径向延伸到内周向壁。通过提供多个连接元件，该谐振器的稳定性及其在空气滤清器壳体中的定位是良好的，从而降低了实际使用期间的任何位移或变形的风险。
19.根据至少一个示例性实施例，所述多个连接元件被形成为彼此间隔开且围绕该谐振器分布的多个薄片或辐条。通过使用薄片或辐条，能够在不占用太多空间的情况下实现该谐振器的良好稳定性，因此不会过多地阻碍空气流动。
20.根据至少一个示例性实施例，该谐振器具有封闭的底部和敞口的顶部，该封闭的底部位于空气滤清器壳体的第一端附近，而敞口的顶部位于空气滤清器壳体的敞口的第二端附近。通过在空气滤清器壳体的敞口的第二端附近提供该谐振器的敞口的顶部，进入空气滤清器壳体的声波将高效地被引导到谐振器中。
21.根据至少一个示例性实施例，该谐振器的封闭的底部和内周向壁形成笼状结构的一部分。笼状结构是有利的，因为它可以用作过滤器元件(例如，安全过滤器)的支撑件，该过滤器元件可以被拉套(pulled onto)在笼状结构的外表面上。
22.根据至少一个示例性实施例，该谐振器具有直柱体的大致形状。这允许该谐振器内的谐振腔的简单制造和尺寸设计。
23.根据至少一个示例性实施例，该谐振器具有直圆柱体的大致形状。这也允许谐振器内的谐振腔的简单制造和尺寸设计。另外，在包围该谐振器的内周向壁也是圆形的实施例中，可以提供围绕该谐振器的均匀气流。
24.根据至少一个示例性实施例，该谐振器具有限定开口的顶部边缘，通过该开口允许声波进入到谐振器中和从谐振器离开，其中，该顶部边缘被形成为具有半径的周向延伸的冠部(crest)。弯曲的冠部有利于气流的空气动力学，因而降低气流发出噪音的风险。
25.通常，除了谐振器的物理长度之外，谐振器外部的额外空气体积也将参与实际的
谐振功能。因此，有效谐振器长度略大于谐振器的物理长度。所产生的空气柱将在谐振器的封闭空间中泵送。当空气围绕谐振器的顶部流动时，由所述额外空气体积提供的端部校正(end correction)被改变。换句话说，本来将会加入该泵送动作的额外空气体积将被吹走，因此谐振器的有效长度被缩短。这可以看作是声音降低(衰减)图中的一个更模糊的峰值，并且频率发生了变化。这种由围绕谐振器的流动空气引起的对有效谐振器长度的干扰可以通过对谐振器的顶部边缘适当地成形(例如，根据至少以下两个示例性实施例成形)来减轻。
26.根据至少一个示例性实施例，该顶部边缘在周向方向上呈波浪形状，具有交替的波峰和波谷。通过使顶部边缘呈波浪形状，最大衰减将有所降低，但会覆盖更大的带宽，并且不会对气流敏感。
27.根据至少一个示例性实施例，顶部边缘的波浪形状是正弦形的。同样，最大衰减将有所降低，但会覆盖更大的带宽，并且不会对气流敏感。
28.已经发现对于衰减和带宽覆盖特别有利的是，使沿周向方向从相邻波峰的中心到中心测量的、波峰到波峰距离(peak
‑
to
‑
peak distance)在10mm至30mm的范围内，例如15mm至25mm，典型地为20mm。
29.此外，已经发现，对于衰减和带宽覆盖特别有利的是，使沿谐振器的轴向方向从波谷中心到波峰中心测量的、波谷到波峰距离(valley
‑
to
‑
peak distance)在5mm至15mm的范围内，例如7mm至13mm，典型地为10mm。
30.根据至少一个示例性实施例，内周向壁具有截头圆锥体的大致形状，朝向空气滤清器壳体的敞口的第二端变宽。这具有的优点在于：过滤器元件(例如相对薄的安全过滤器)很容易被拉套在该锥形形状上，然后被很好地支撑。
31.根据至少一个示例性实施例，空气滤清器壳体的所述敞口的第二端包括具有中心孔的端壁，用于将空气滤清器壳体流体连接到涡轮，其中，内周向壁被固定到所述端壁并在朝向空气滤清器壳体的第一端的方向上延伸。通过将内周向壁附接到空气滤清器壳体的敞口的第二端处的端壁，内周向壁不必附接到空气滤清器壳体的第一端。所述第一端可包括可移除盖板，因而提供对空气滤清器壳体内部的访问，例如用于更换过滤器元件。
32.根据至少一个示例性实施例，内周向壁被卡扣配合、螺纹连接或焊接到该端壁。这确保了在携带该空气滤清器壳体的车辆运行期间的良好固定。
33.根据本发明的第二方面，该目的通过根据权利要求20所述的车辆来实现。第一方面的空气滤清器壳体的任何特征、实施例和优点类似地存在于第二方面的包括这种空气滤清器壳体的车辆中。
34.在以下说明和从属权利要求中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
35.参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
36.在这些图中：
37.图1示意性地示出了设置有进气装置的车辆。
38.图2是图1的包括空气滤清器的进气装置的详细视图。
39.图3示出了图2的空气滤清器的特写图，该空气滤清器包含用虚线指示的谐振器。
40.图4a示出了根据本发明的示例性实施例的包括空气滤清器壳体的图3的空气滤清器的剖视图，其中，空气滤清器壳体的内周向壁设置有谐振器元件。
41.图4b示出了过滤器元件已经安装在图4a中所示的空气滤清器壳体中。
42.图5示出了空气滤清器壳体的内周向壁的局部剖切详细侧视图，其中，可更换的过滤器元件围绕内周向壁安装。
43.图6是图5中所示的部件的透视图。
44.图7示出了在内周向壁已经安装到空气滤清器壳体的其余部分之前的内周向壁和谐振器的示例性实施例。
45.图8示出了谐振器的顶部边缘的详细视图。
具体实施方式
46.图1示意性地示出了设置有进气装置3的车辆1。在本示例中，车辆1被以卡车的形式示出，该车辆由内燃发动机5提供动力。然而，本发明的空气滤清器壳体也可以很好地实施在其它类型的车辆(例如公共汽车、建筑设备和乘用轿车)中。
47.参考图2，图2是图1的进气装置的详细视图，进气装置3包括进气口7，空气进入该进气口7并且沿空气导管9竖直向下移动。空气从空气导管9经由连接元件(例如波纹管和转向室)流到空气滤清器11。空气滤清器11位于车辆1的下部区域中，而进气口7位于车辆1的上部区域中。在图1所示的实施例中，空气滤清器11位于车辆驾驶室的正后方，而进气口7位于车辆驾驶室的顶部上，在该车辆驾驶室的顶部的后端处。空气导管9位于车辆驾驶室的后端，在大致竖直位置。上面详述的部分的位置完全可以不是这样。
48.空气滤清器11被示出为具有大致圆柱形的形状，然而，其它形状也是可以想到的。图3示出了图2的空气滤清器11的特写图，其包含用虚线指示的谐振器13。空气滤清器11包括空气滤清器壳体15和在空气滤清器壳体15内的至少一个可更换的过滤器元件17(在图4b中可见)。如图2、图3、图4a和图4b中所示，空气穿过空气滤清器壳体15的包络壁(这里称为外周向壁18)进入空气滤清器壳体15，并在空气滤清器壳体15的顶端19处离开。更具体地，当空气已经进入空气滤清器壳体15时，空气将围绕圆柱形过滤器元件17(图4b)扩散并将被径向向内引导穿过过滤器元件17，空气通过该过滤器元件17被过滤。然后，空气被引导穿过空气滤清器壳体15的内周向壁20(内周向壁20的外部可以被次级过滤器元件覆盖，为了清楚起见，未示出该次级过滤器元件)并到达空气滤清器壳体15的出口端(这里称为敞口的第二端22)，并经由连接元件(例如中间管和涡轮入口波纹管)而被转送到涡轮。
49.应当理解，在本公开中，参考了诸如“顶部”、“径向”和“周向”之类的定向术语。这些术语应被理解为与基于圆柱r,θ,z坐标系定义的空气滤清器壳体15相关，其中，坐标r定义了径向方向，坐标θ定义了周向方向/角方向，坐标z定义了轴向方向。因而，如下文将更详细地讨论的，空气滤清器壳体15的第一端24和敞口的第二端22在轴向z方向上彼此间隔开。外周向壁18和内周向壁20在θ方向上围绕中心几何轴线延伸，但也从第一端24朝向敞口的第二端22(即，在z方向上)延伸。因而，必须理解的是，即使在本公开中使用了诸如顶部和底部的术语，但它们与周围环境无关，因而，当空气滤清器壳体15被安装在站立于水平地面上的车辆1(图1)中时，与底部相比，顶部不必位于竖向更高的水平。实际上，与地面相比，顶部和底部可以位于基本相同的水平，即，空气滤清器壳体15可以安装成使得z方向平行于车辆
1所站立的地面延伸。
50.图4a示出了图3的空气滤清器11的剖视图。空气滤清器11包括本发明的空气滤清器壳体15的示例性实施例。本发明的空气滤清器壳体15包括围绕沿z方向延伸的几何中心轴线的外周向壁18和内周向壁20。外周向壁18可以适当地与内周向壁20同轴。在外周向壁18和内周向壁20之间形成空间26。空间26适于容纳用于过滤空气的至少一个过滤器元件17。这在图4b中示出，其中，过滤器元件17已经安装在空间26中。因而，除了本发明的空气滤清器壳体15之外，该空气滤清器还可以包括一个或多个过滤器元件。在本图示中，为了清楚起见，仅示出了主过滤器元件17，然而，应当理解，也可以提供薄的次级过滤器元件并且将该次级过滤器元件拉套在内周向壁20上并围绕内周向壁20，像袜子那样。内周向壁20设置有开口28(参见图7)，以允许过滤后的空气(即，已经通过主过滤器元件和任何次级过滤器元件过滤的空气)径向向内穿过内周向壁。从图中所示的示例性实施例中可见，这些开口相当大，其中，内周向壁20形成网状结构或网格结构。这里的网状结构被示为包括：多个轴向分布的圆，这些圆的直径朝向空气滤清器壳体15的敞口的第二端22逐渐增大；以及围绕这些圆分布并将这些圆互连的锥形线(在轴向/径向上呈锥形)。然而，当然也可以想到其它网状结构以及设置有开口28的内周向壁22的其它一般构造。
51.敞口的第二端22位于空气滤清器壳体15的第一端24的相反侧，其中，所述几何中心轴线从第一端24朝向敞口的第二端22延伸。敞口的第二端22用于将空气滤清器壳体15流体连接到涡轮。第一端24可以适当地为盖子或盖板的形式，其可以打开以便进入空气滤清器壳体15的内部，通常用于移除已使用过的过滤器元件(例如所示出的过滤器元件17和/或任何次级过滤器元件)并且用新的过滤器元件替换已使用过的过滤器元件。
52.空气滤清器壳体15还包括谐振器13，其中，谐振器13被内周向壁20环绕，使得穿过内周向壁20进入的空气在谐振器13的外表面上经过并穿过敞口的第二端22。
53.图5示出了空气滤清器壳体的内周向壁20的局部剖切详细侧视图，其中可更换的过滤器元件17围绕内周向壁安装。图6是图5中所示的部件的透视图。因而，在图5和图6中，未示出空气滤清器壳体的外周向壁。图7示出了在内周向壁20已经安装到空气滤清器壳体的其余部分之前的内周向壁20和谐振器13的示例性实施例。
54.因而，例如如图5至图7中可见，谐振器13可以与内周向壁20一体形成，例如通过模制工艺来形成。也与谐振器13和内周向壁20一体形成的多个连接元件32围绕谐振器13分布，并且从该谐振器径向延伸到内周向壁20。然而，在其它示例性实施例中，谐振器13可以形成为单独零件，随后被连接到内周向壁20。例如，谐振器13可以与连接元件32一体形成(或者这些连接元件可以附接到该谐振器)，然后，谐振器13可以与其连接元件32一起滑动到内周向壁20中的相匹配的连接器中，以产生卡扣锁定。也可以想到将单独的谐振器13连接到内周向壁20的其它方式，例如通过焊接或螺纹连接。
55.所述多个连接元件32可以形成为薄片或辐条。这里，它们沿着谐振器13设置在z方向上的两个不同位置处。然而，可以沿着z方向设置更少或更多的连接元件。还应理解，虽然示出了四个加四个连接元件，但其它数量的连接元件可以围绕该谐振器分布。
56.参考图4a和图4b，谐振器13具有封闭的底部34和敞口的顶部36，该封闭的底部34位于空气滤清器壳体15的第一端24附近，而敞口的顶部36位于空气滤清器壳体15的敞口的第二端22附近。应当注意，在一些示例性实施例中，例如图中所示，整个谐振器13被内周向
壁20环绕，并且未突出穿过空气滤清器壳体15的敞口的第二端22。然而，在其它示例性实施例中，可以想到的是提供具有更长轴向延伸的谐振器13。例如，该谐振器的一部分(包括其底部的下部分)将被内周向壁20环绕，而该谐振器的另一部分(包括其顶部的上部分)将不被内周向壁20环绕而是轴向突起超出内周向壁20，并穿过空气滤清器壳体15的敞口的第二端22突出出去。
57.如所示的示例性实施例中可见，谐振器13的封闭的底部34和内周向壁20形成笼状结构的一部分。内周向壁20具有截头圆锥体的大致形状，朝向空气滤清器壳体15的敞口的第二端22逐渐变宽。薄的次级过滤器元件(未示出)可以被拉套在截头圆锥形内周向壁20的外表面上。
58.如图4a和图4b中所示，空气滤清器壳体的敞口的第二端22包括具有中心孔的端壁38，用于将空气滤清器壳体15流体连接到涡轮，其中，内周向壁20被固定到所述端壁38并且在朝向空气滤清器壳体15的第一端24的方向上延伸。内周向壁20可以被卡扣配合到、焊接到或如图4a和图4b中所示的那样被螺纹连接到端壁38。
59.谐振器13被示为具有大致管状的圆柱形形状并且与内周向壁20及外周向壁18同轴地延伸。因而，谐振器13位于中心几何轴线处，而内周向壁20与谐振器13径向间隔开(尽管经由连接元件32连接)。
60.在所示出的示例实施例中，谐振器13被成形为像直圆柱体。然而，也可以想到的其它横截面形状，例如矩形。
61.根据一个示例性实施例，谐振器13具有横截面面积，被计算为π
·
(d/2)2，其中d是该谐振器的内径，横截面面积在4000mm2至25000mm2的范围内，例如4500mm2至6000mm2，例如4700mm2至5600mm2，典型地为4900mm2至5300mm2。根据一个示例性实施例，谐振器13具有在100mm至400mm范围内的轴向长度，例如250mm至400mm，例如310至370mm，典型地为320mm至340mm。具有这种横截面面积和长度的谐振器13适合大多数标准的重型卡车过滤器元件尺寸。所示的谐振器13例如可以具有大约5000mm2的横截面面积和大约330mm的长度。
62.如图8的详细视图所示，谐振器13具有限定开口的顶部边缘39，通过该开口允许声波进入(和离开)谐振器13，以便衰减在内燃发动机5(图1)的进气门打开时从这些进气门一路传播到空气滤清器11的噪音。因而，谐振器13具有内部和外部。谐振器13的内部限定了物理谐振器体积。谐振器13的外部将受到从内周向壁径向进入的空气影响，该空气将朝着空气滤清器壳体的敞口的第二端轴向流动并沿着谐振器13的外表面流动。
63.顶部边缘39在周向方向上呈波浪形状，具有交替的波峰41和波谷43。可以想到各种波浪形状。根据至少一些示例性实施例，顶部边缘39的波浪形状是正弦形的。
64.除了谐振器13内部的物理体积之外，谐振器13外部的额外空气体积也将参与实际的谐振功能，因而提供了略大于谐振器13的物理长度/体积的有效谐振器长度/体积。如上文解释的，所产生的空气柱将在谐振器13的封闭体积中泵送。当空气围绕谐振器13的顶部流动时，由所述额外空气体积提供的端部校正(end correction)被改变。本来将会加入所述泵送动作的额外空气体积将被吹走，因此谐振器13的有效长度被缩短。这可以看作是声音减少(衰减)图中的一个更模糊的峰值，并且频率发生了变化。这种由围绕谐振器13的流动空气引起的对有效谐振器长度的干扰可以通过提供不规则的顶部边缘39来减轻，如图8中所示。
65.特别地，已经发现，对于以下的波峰到波峰距离a，可以获得令人满意的衰减和大的带宽覆盖，该波峰到波峰距离a是沿周向方向从相邻波峰的中心到中心测量的，其在10mm至30mm的范围内(例如15mm至25mm，典型地为20mm)，并且类似地已经发现，对于以下的波谷到波峰距离b是有利的，该波谷到波峰距离b是沿谐振器13的轴向方向从波谷的中心到波峰的中心测量的，其在5mm至15mm的范围内，例如7mm至13mm，典型地为10mm。可以将波峰到波峰距离a和波峰到波谷距离b的上述范围提供给任何波浪形状的顶部边缘39，特别是正弦波形。对于这些实施例，谐振器13的声音衰减效果将对通过内周向壁进入的气流不太敏感。
66.如图8中所绘的剖切部分的圆圈放大图中可见，顶部边缘39形成为具有半径的周向延伸的冠部45。换句话说，顶部边缘39形成从谐振器13的内部到谐振器13外部的拱形/弯曲过渡。这也提供了更好的衰减效果，因为：与如果已经提供锐利边缘的情况相比，该形状更符合空气动力学形状，因此气流对有效谐振器体积的干扰较小。
67.应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员应认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。