CN101372909B - 一种车用消声器 - Google Patents

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一种车用消声器,包括壳体(1)、进气管(4)和出气管(5);其中,所述车用消声器还包括至少一个隔板(2)、谐振管(6)和控制阀(8);所述至少一个隔板(2)的外缘与所述壳体(1)的内壁密闭连接,并且将壳体(1)的内部分隔为互不连通的至少两个腔室(3);所述进气管(4)从壳体(1)一端插入;出气管(5)从壳体(1)另一端插入,位于出气管(5)端口所在的腔室中的进气管(4)管体的周向布有通孔;所述控制阀(8)封闭谐振管(6)一端的端口(6A),所述阀门控制装置(9)控制所述阀门(8)的开度。本发明的消声器可以根据排气量自动调整气流通过的面积,以适应发动机的不同工况,提高消声效果、降低排气背压。

Description

一种车用消声器
技术领域
本发明涉及一种车用消声器,更具体地说,涉及一种发动机排气消声器。
背景技术
一般的排气消声器通常通过结构特征达到消声目的,排气管为一长管,不断地迂回绕圈,再通过壳体封装;因为排气管为长圆管,不能弯折角度过大(易破裂),所以必须在弯折处用弯管焊接起来,设计复杂,加工工时也多,而且复杂的内部结构会使得气流不通畅,大大增加了排气背压,从而增加了动力总成的功率损失。
为此,CN2871858公开了一种汽车消声器,由筒体、三个隔板、进气管、出气管及前、后端盖组成。隔板将筒体分隔成四个腔室,进气管从筒体一端伸进,经第一、第二至第三腔室止,出气管则从第一腔室开始穿过第二、三、四腔室后接出,在进气管、出气管上和隔板上都开有一定数量的微孔,使第一、第二、第三腔室形成共振腔,并在第四腔室内填满吸声棉,形成消声腔室,同时在出气管中后段外周也包围有消声套。气体从进气管进入,通过进气管、出气管和隔板上的微孔,在各腔室之间流动,最后从排气管排出。虽然所述消声器使排气气流在消声腔内的流动更畅通,一定程度上可降低排气背压,但是,当发动机的转速升高或排气量增加时,要满足输出功率和排气特性的要求,需要增大气流的通过面积,而该消声器中气流通过的面积始终不变,从而对会降低消声效果、增加排气背压。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中消声器中气流通过的面积始终不变,当排气量增加时会降低消声效果、增加排气背压的缺点,提供一种主动式消声器,可以根据排气量的大小自动调整气流通过的面积,从而适应发动机的不同工况,提高消声效果、降低排气背压。
本发明提供的一种车用消声器,该车用消声器包括壳体1、进气管4和出气管5;其中,所述车用消声器还包括至少一个隔板2、谐振管6、阀门8和阀门控制装置9;所述至少一个隔板2的外缘与所述壳体1的内壁密闭连接,并且将壳体1的内部分隔为互不连通的至少两个腔室3;所述进气管4从壳体1一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中;出气管5从壳体1另一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中;位于壳体内的进气管4端口和位于壳体内的出气管5端口不在同一腔室内,进气管4与出气管5至少一部分位于同一个腔室中;位于出气管5端口所在的腔室中的进气管4管体的周向布有通孔;谐振管6的一端位于进气管4端口所在的腔室中,另一端位于出气管5端口所在的腔室中;所述阀门8封闭位于出气管5端口所在的腔室中的谐振管6端口6A,所述阀门控制装置9包括驱动装置,所述驱动装置控制所述阀门8的开度;当所述阀门8完全封闭所述谐振管6时,所述进气管4的端口所在的腔室和所述谐振管6共同形成封闭腔。
本发明提供的车用消声器中,所述阀门控制装置9与车辆的ECU(电子控制单元)连接,ECU根据发动机的转速向所述阀门控制装置9发送信号(如电流信号),所述阀门控制装置9的驱动装置根据此信号控制阀门8的开度。当发动机转速较低时,所述阀门8完全封闭所述谐振管6,此时进气管4的端口所在的腔室和谐振管共同形成封闭腔,其作用等同与一个赫母霍兹消声器,对排气的中低频噪音进行很好的过滤,消声效果好。随着发动机转速的升高,所述阀门8的开度也越大,气流可以通过谐振管6循环进入出气管5,排气流通阻力减小,因此功率损失降低。阀门8开启以后,尾管中发动机燃烧而产生的排气噪声增加,但气阻减小,气流摩擦产生的噪声相对也减小,在高转速时,气体的摩擦噪声是排气噪声的主要成分,因此总噪声量反而降低。因此本发明提供的消声器可以根据发动机排气气流来控制阀门8的开度,可以根据排气量的大小自动调整气流通过的面积,从而适应发动机的不同工况,解决了消声器中气流通过的面积始终不变,在发动机排气量增加时会降低消声效果、增加排气背压的问题。
附图说明
图1是本发明提供的消声器的整体结构示意图;
图2和图12是本发明提供的消声器的内部结构示意图;
图3是本发明提供的消声器在发动机低转速时的气流状态示意图;
图4是本发明提供的消声器在发动机高转速时的气流状态示意图;
图5是本发明提供的消声器在阀门开启、关闭状态的噪声曲线;
图6是本发明提供的消声器在阀门开启、关闭状态的压力曲线;
图7和图8是本发明提供的消声器的阀门控制器的结构示意图;
图9和图10是本发明提供的消声器的阀门控制器安装示意图;
图11是本发明提供的消声器的阻性罐的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式作详细说明。
如图1所示,本发明提供的一种车用消声器,该车用消声器包括壳体1、进气管4和出气管5;其中,所述车用消声器还包括至少一个隔板2、谐振管6、阀门8和阀门控制装置9;所述至少一个隔板2的外缘与所述壳体1的内壁密闭连接,并且将壳体1的内部分隔为互不连通的至少两个腔室3;所述进气管4从壳体1一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中;出气管5从壳体1另一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中;位于壳体内的进气管4端口和位于壳体内的出气管5端口不在同一腔室内,进气管4与出气管5至少一部分位于同一个腔室中;位于出气管5端口所在的腔室中的进气管4管体的周向布有通孔;谐振管6的一端位于进气管4端口所在的腔室中,另一端位于出气管5端口所在的腔室中;所述阀门8封闭位于出气管5端口所在的腔室中的谐振管6端口6A,所述阀门控制装置9包括驱动装置,所述驱动装置控制所述阀门8的开度。
本发明提供的消声器中,所述阀门控制装置9与车辆的ECU(电子控制单元)连接,ECU根据发动机的转速向所述阀门控制装置9发送信号(如电流信号),所述阀门控制装置9的驱动装置根据此信号控制阀门8的开度。因此本发明提供的消声器根据发动机排气气流来控制阀门的开度,可以根据排气量的大小自动调整气流通过的面积,从而适应发动机的不同工况,解决了消声器中气流通过的面积始终不变,在发动机排气量增加时会降低消声效果、增加排气背压的问题。
所述阀门控制装置9可以采用本领域公知的方式与车辆的ECU(电子控制单元)连接,例如如图7所示,所述阀门控制装置9通过信号接口97与车辆的ECU(电子控制单元)连接,接收ECU发送的信号。
所述阀门控制装置9可以只包括驱动装置,驱动装置直接控制所述阀门8的开度,所述阀门控制装置9还可以包括销轴91,所述销轴91与所述阀门8固定联接,所述驱动装置驱动所述销轴91转动。
可以采用本领域公知的方式将所述销轴91与所述阀门8固定联接,如图9和图10所示,所述销轴91可以布置在所述阀门8的任何位置,例如边缘位置(如图9所示)、中间位置(如图10所示)等。
所述驱动装置可以是本领域公知的任何能控制所述阀门8的开度或驱动所述销轴91转动一定角度的装置,例如液压装置、气动装置、电机等。所述驱动装置可以直接驱动所述销轴91转动,优选情况下,所述阀门控制装置9还包括传动装置,所述驱动装置通过所述传动装置驱动所述销轴91转动。所述传动装置可以对所述驱动装置所输出的动作的方向和速度进行灵活地调节,从而可以更灵活地控制所述阀门8的开度。
所述传动装置可以是本领域公知的各种与所述驱动装置相适应的传动装置,如凸轮结构、铰链结构、齿轮结构等。作为一种具体的实施方式,如图7和图8所示,所述驱动装置包括电机92,所述传动装置包括蜗杆93、蜗轮94、齿轮95和扇形齿件96,所述阀门控制装置9固定在所述壳体1上,所述电机92的输出轴与所述蜗杆93固定联接,所述蜗杆93与所述蜗轮94啮合,所述齿轮95与所述蜗轮94同轴联接,所述扇形齿件96与所述齿轮95啮合,所述销轴91与所述扇形齿件96固定联接。ECU可以根据发动机的转速向电机92发送电流信号,所述电机92根据该电流信号的方向和大小而改变其输出轴转动的方向和转速,通过所述蜗杆93、蜗轮94、齿轮95和扇形齿件96的传动,使所述销轴91朝一定方向转动一定的角度,从而控制所述阀门8的开度。
当发动机在中低转速时,排气气流小,排气气流状态如图3所示。气流由进气管4进入,经过管体周向布置的通孔分流,然后进入出气管5排出。在此时,发动机转速较低,所述阀门控制装置9控制所述阀门8完全封闭所述谐振管6,此时进气管4的端口所在的腔室和谐振管共同形成封闭腔,其作用等同与一个赫母霍兹消声器,对排气的中低频噪音进行很好的过滤,消声效果好。
随着发动机转速的升高,在所述阀门控制装置9的控制下,所述阀门8的开度也越大,排气气流状态如图4所示。此阶段气流可以通过谐振管6循环进入出气管5,排气流通阻力减小,因此功率损失降低。阀门8开启以后,尾管中发动机燃烧而产生的排气噪声增加,但气阻减小,气流摩擦产生的噪声相对也减小,在高转速时,气体的摩擦噪声是排气噪声的主要成分,因此总噪声量反而降低。
图5、图6分别为排气系统采用本发明的消声器后,当阀门关闭与开启时的噪声曲线和压力曲线。从图中可以得出,在发动机转速低时,如果阀门关闭,则噪声较低,而在发动机转速高时,如果阀门开启,则噪声较低,同时排气背压也下降了很多。因此,本发明在低转速时关闭阀门,在高转速时则打开阀门,从而可以适应发动机的不同工况,有效地提高消声效果,降低排气背压。
控制阀门开关的发动机转速转折点可以通过改变车辆ECU中的相关控制程序而灵活设计。由于汽油活塞式发动机的最高安全稳定转速基本都在6000r/min左右,因此一般将该转速转折点设置为发动机的中间转速3000±50r/min。
根据本发明,优选情况下,出气管5在其插入壳体1的第一个腔室中的管体部分的外部包有阻性罐7,所述阻性罐7内置有阻性消音材料10。图11为阻性罐7的剖视图。从而可以通过阻性消声来进一步有效地过滤排气的高频噪声。
根据本发明,优选情况下,如图2和图12所示,在所述出气管5位于腔室中的端口管体部分、所述进气管4位于腔室中的端口管体部分、谐振管6位于进气管4端口所在的腔室中的端口管体部分及位于同一个腔室中的进气管4非端口管体和出气管5非端口管体部分中,至少有一部分的周向布有通孔。由于气流可以从此部分管体的周向布置的通孔通过,增加了气流的流通面积,因此可以进一步起到减压降噪的作用。
在本发明中,可以协调壳体1中各腔室的大小以使整个消声器合理稳定,优选情况下,进气管4端口所在的腔室体积占壳体1的总体积的1/3至1/4,从而可以使得阀门8关闭时,提高进气管4的端口所在的腔室和谐振管共同形成的封闭腔的消声效果。
根据本发明,优选情况下,进气管4、出气管5和谐振管6的管体直径之比为1∶0.5-2∶0.5-2,优选情况下,进气管4和出气管5的每段开有通孔的管体中,通孔总面积占每段管体外表面总面积的1/5至1/4,从而优化消声器的消声效果。所述通孔的大小只要满足实际排气压力的要求即可,所述通孔的直径优选为2mm-15mm,更优选为5mm-10mm。
根据本发明,本领域的技术人员很容易便能想到根据实际情况来增减隔板的个数,以优化消声器的消声效果。增加隔板个数可以加强对进气管4、出气管5和谐振管6的支撑,从而提高消声器结构的稳定性,进而进一步提高本发明提供的车用消声器的消声效果;而减少隔板个数可以简化消声器的结构,减轻消声器的重量。通常所述隔板2的个数可以为1-10个,优选情况下为1-5个。
如图2所示的实施例中,所述隔板2的个数为一个,此时所述一个隔板2的外缘与所述壳体1的内壁密闭连接,并且将壳体1的内部分隔为互不连通的两个腔室3;所述进气管4从壳体1一端插入,并穿过一个腔室3,延伸至下一个腔室3中;出气管5从壳体1另一端插入,并穿过一个腔室3,延伸至下一个腔室3中;位于出气管5端口所在的腔室中的进气管4管体的周向布有通孔;谐振管6的一端位于进气管4端口所在的腔室中,另一端位于出气管5端口所在的腔室中;所述阀门8封闭位于出气管5端口所在的腔室中的谐振管6端口6A,所述阀门控制装置9包括驱动装置,所述驱动装置控制所述阀门8的开度。
如图12所示的实施例中,所述隔板2的个数为两个,此时所述两个隔板2的外缘与所述壳体1的内壁密闭连接,并且将壳体1的内部分隔为互不连通的三个腔室3;所述进气管4从壳体1一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中,作为一个具体的实施例,该端口穿过两个腔室3,延伸至从进气管4插入端起算的第三个腔室3中;出气管5从壳体1另一端插入,并穿过至少一个腔室3,至少延伸至下一个腔室3中,作为一个具体的实施例,该端口穿过两个腔室3,延伸至从出气管5插入端起算的第三个腔室3中;位于出气管5端口所在的腔室中的进气管4管体的周向布有通孔;谐振管6的一端位于进气管4端口所在的腔室中,另一端位于出气管5端口所在的腔室中;所述阀门8封闭位于出气管5端口所在的腔室中的谐振管6端口6A,所述阀门控制装置9包括驱动装置,所述驱动装置控制所述阀门8的开度。

Claims (10)

1.一种车用消声器,该车用消声器包括壳体(1)、进气管(4)和出气管(5);其特征在于,所述车用消声器还包括至少一个隔板(2)、谐振管(6)、阀门(8)和阀门控制装置(9);所述至少一个隔板(2)的外缘与所述壳体(1)的内壁密闭连接,并且将壳体(1)的内部分隔为互不连通的至少两个腔室(3);所述进气管(4)从壳体(1)一端插入,并穿过至少一个腔室(3),至少延伸至下一个腔室(3)中;出气管(5)从壳体(1)另一端插入,并穿过至少一个腔室(3),至少延伸至下一个腔室(3)中;位于壳体内的进气管(4)端口和位于壳体内的出气管(5)端口不在同一腔室内,进气管(4)与出气管(5)至少一部分位于同一个腔室中;位于出气管(5)端口所在的腔室中的进气管(4)管体的周向布有通孔;谐振管(6)的一端位于进气管(4)端口所在的腔室中,另一端位于出气管(5)端口所在的腔室中;所述阀门(8)封闭位于出气管(5)端口所在的腔室中的谐振管(6)端口(6A),所述阀门控制装置(9)包括驱动装置,所述驱动装置控制所述阀门(8)的开度;当所述阀门(8)完全封闭所述谐振管(6)时,所述进气管(4)的端口所在的腔室和所述谐振管(6)共同形成封闭腔。
2.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,所述阀门控制装置(9)还包括销轴(91),所述销轴(91)与所述阀门(8)固定联接,所述驱动装置驱动所述销轴(91)转动。
3.根据权利要求2所述的车用消声器,其特征在于,所述阀门控制装置(9)还包括传动装置,所述驱动装置通过所述传动装置驱动所述销轴(91)转动。
4.根据权利要求3所述的车用消声器,其特征在于,所述驱动装置包括电机(92),所述传动装置包括蜗杆(93)、蜗轮(94)、齿轮(95)和扇形齿件(96),所述阀门控制装置(9)固定在所述壳体(1)上,所述电机(92)的输出轴与所述蜗杆(93)固定联接,所述蜗杆(93)与所述蜗轮(94)啮合,所述齿轮(95)与所述蜗轮(94)同轴联接,所述扇形齿件(96)与所述齿轮(95)啮合,所述销轴(91)与所述扇形齿件(96)固定联接。
5.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,所述出气管(5)在其插入壳体(1)的第一个腔室中的管体部分的外部包有阻性罐(7),所述阻性罐(7)内置有阻性消音材料。
6.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,在所述出气管(5)位于腔室中的端口管体部分、所述进气管(4)位于腔室中的端口管体部分、谐振管(6)位于进气管(4)端口所在的腔室中的端口管体部分及位于同一个腔室中的进气管(4)非端口管体和出气管(5)非端口管体部分中,至少有一部分的周向布有通孔。
7.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,进气管(4)端口所在的腔室体积占壳体(1)的总体积的1/3至1/4。
8.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,进气管(4)、出气管(5)和谐振管(6)的管体直径之比为1∶0.5-2∶0.5-2。
9.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,进气管(4)和出气管(5)的每段开有通孔的管体中,通孔总面积占每段管体外表面总面积的1/5至1/4。
10.根据权利要求1所述的车用消声器,其特征在于,所述隔板(2)的个数为1-5个。
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Denomination of invention: Automobile muffler

License type: General permission

Record date: 2008.5.13

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: COMMON LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.4.25 TO 2016.7.11; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: BIYADI AUTOMOBILE CO., LTD., SHENZHEN CITY

Effective date: 20080513

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
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