CN101578431A - 具有吸声构件的消声器组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种消声器，该消声器包括外壳、入口管、出口管、具有第一孔的第一隔板以及具有第二孔的第二隔板。第一隔板和外壳限定出第一室，入口管与该第一室连通。第二隔板和外壳限定出第二室，出口管与该第二室连通。第一室与第二室隔开，以限定出中间室。该消声器还包括封装于中间室内的吸声构件。通过入口管进入的排气噪声进入第一室中，通过第一孔进入中间室，通过第二孔进入第二室，并通过出口管排出。排气噪声在通过吸声构件时被降低。

Description

具有吸声构件的消声器组件

技术领域

本公开涉及一种消声器，更具体地涉及一种具有吸声构件的消声器组件。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，可以不构成现有技术。

在排气系统中设置消声器来降低发动机排气噪声是公知的。然而，常规的消声器在某些工作条件下不能充分地降低排气噪声。例如，在低发动机速度下，在排气系统中会形成低频排气噪声，而常规的消声器设计不能充分地降低低频声音。另外，在排气系统内可能形成驻波即共振，从而导致过量的噪声。利用消声器来减少这些驻波是困难的，因为标准的反射式消声器调谐技术通常不能用于这样的目的。

因此，需要一种能够更有效地降低排气系统中的排气噪声-包括低频排气噪声和/或驻波-的消声器。

发明内容

一种车辆排气系统消声器包括具有输入壁和输出壁的外壳。位于该外壳内的、带有孔的第一和第二隔板与输入壁和输出壁中的一个限定出输入室，并与输入壁和输出壁中的另一个限定出输出室。外壳在第一和第二隔板之间限定出中间室。在该中间室内设置吸声构件。入口管穿过输入壁进入外壳中并终止于输入室中。出口管的一端位于输出室中，而另一端穿过输出壁伸出外壳。

其它可应用的领域将从这里提供的说明中显而易见。应当理解，说明书和具体实例仅用于示例的目的，并不意在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于示例的目的，并不意在以任何方式限制本公开的范围。

图1为包括消声器的排气系统的剖视平面图；

图2为排气系统沿图1中2-2线截取的剖视图；

图3为表示利用图1和图2的消声器降低排气噪声的图表；

图4为包括消声器的排气系统的另一个实施方式的剖视图；

图5为表示利用图4的消声器降低排气噪声的图表；

图6为包括消声器的排气系统的另一个实施方式的示意图；

图7为包括消声器的排气系统的另一个实施方式的示意图；

图8为包括消声器的排气系统的另一个视图的示意图。

具体实施方式

以下说明本质上仅仅是示例性的，并不意在限制本公开、应用或使用。

参照图1和图2，示出了车辆10的一部分。更具体说，示出了车辆10的排气系统12的一部分。排气系统12包括消声器14。应当注意到，排气系统12和消声器14可以包括在除车辆10以外的机器中而不偏离本公开的范围。通过消声器14降低排气系统12内的排气噪声，这将在下面更详细地讨论。

消声器14包括外壳16。外壳16包括第一壁18、第二壁20以及外壁22。第一壁18、第二壁20和外壁22均可由金属片制成。第一壁18和第二壁20基本上是平的并呈卵形，如图2中所示，并且外壁22的形状是管状的。外壁22的一端联接到第一壁18的周边。外壁22的相反端联接到第二壁20的周边。这样，第一壁18和第二壁20基本平行，并以彼此隔开的关系设置。另外，外壳16限定出消声器14的位于第一壁18、第二壁20以及外壁22之间的内部空间24。第一壁18包括入口孔23，第二壁20包括出口孔25。

消声器14还包括入口管26。入口管26在轴向上是直的，可由金属管制成。入口管26包括第一端28和第二端30。第一端28延伸穿过入口孔23。第一端28还与车辆10的发动机(未示出)流体连通，并从发动机接收废气。入口管26的第二端30设置在外壳16内。这样，废气能够从车辆10的发动机通过入口管26流入消声器14的内部空间24，如图1中虚线箭头所示。

此外，消声器14包括出口管32。出口管32在轴向上是直的，可由金属管制成。出口管32包括第一端34和第二端36。第一端34设置在外壳16内。第二端36延伸穿过出口孔25。第二端36还可与车辆10的排气管(未示出)流体连通。因此，来自车辆10的发动机的废气通过入口管26进入消声器14，并通过出口管32离开消声器，如图1中虚线箭头所示。

消声器14还包括第一隔板38。第一隔板38是基本平的并呈卵形，如图2中所示。第一隔板38可以由金属片制成。第一隔板38的周边联接到外壁22，以在第一隔板38和外壁22之间形成密封。在所示的实施方式中，第一隔板38与第一壁18和第二壁20都基本平行。另外，第一隔板38与第一壁18以及第二壁20以隔开的关系设置。在所示的实施方式中，第一隔板38距第二壁20比距第一壁18近。因此，第一隔板38与外壳16一起限定出位于第一隔板38、第二壁20以及外壁22之间的第一室40。第一隔板38还包括入口孔42和出口孔44。出口管32延伸穿过出口孔44。入口管26的第二端30延伸穿过入口孔42，入口管26的第二端30终止于第一室40内。因此，入口管26与第一室40流体连通。

此外，消声器14包括第二隔板46。第二隔板46是基本平的并呈卵形。第二隔板46可由金属片制成。第二隔板46的周边联接到外壁22，以在第二隔板46和外壁22之间形成密封。在所示的实施方式中，第二隔板46与第一壁18、第二壁20以及第一隔板38均基本平行。另外，第二隔板46与第一壁18、第二壁20以及第一隔板38以隔开的关系设置。更具体地说，第二隔板46设置在第一壁18和第一隔板38之间，因此，第二隔板46和外壳16一起限定出位于第二隔板46、第一壁18以及外壁22之间的第二室48。第二隔板46还包括入口孔50和出口孔52。入口管26延伸穿过入口孔50。出口管32的第一端34延伸穿过出口孔52，出口管32的第一端34终止于第二室48内。因此，出口管32与第二室48流体连通。

如上所述，第一隔板38和第二隔板46以彼此隔开的关系设置。这样，第一隔板38、第二隔板46以及外壳16一起限定出位于第一隔板38、第二隔板46以及外壁22之间的中间室54。

第一隔板38包括多个第一孔56，如图2所示。这样，第一室40与中间室54流体连通。第二隔板46包括多个第二孔58。这样，中间室54与第二室48流体连通。第一孔56和第二孔58可以具有任何合适的尺寸和形状。第一孔56也可以以任何合适的图案设置在第一隔板38上。此外，第二孔58也可以以任何合适的图案设置在第二隔板46上。另外，可以存在任何合适数目的第一孔56和第二孔58。

消声器14还包括在图1中用交叉影线表示的吸声构件60。吸声构件60可以由任何合适的材料制成。在一个实施方式中，吸声构件60是多个玻璃纤维丝(strand)的集合。合适的玻璃纤维材料包括但不限于由Owens Corning出售的ADVANTEX牌玻璃纤维和/或由DBW出售的POWERTEX牌玻璃纤维。吸声构件60的玻璃纤维材料在本领域中通常也称为“粗纱”材料。吸声构件60中的各个玻璃纤维以彼此隔开的关系设置，以改进吸声构件60的吸声质量。

吸声构件60设置并基本封装在中间室54内，如图1中所示。这样，通过入口管26进入消声器14中的废气进入第一室40中，然后通过第一隔板38的第一孔56流入中间室54中。然后废气流经中间室54和吸声构件60。接下来废气通过第二孔58流入第二室48中，并进入出口管32，以便从车辆10中排出。

应当注意到，发动机产生的声音(排气噪声)以基本相似的路径经过排气系统。更具体地说，排气噪声通过入口管26进入消声器14。然后噪声进入第一室40，并通过第一隔板38的第一孔56进入中间室54。然后噪声经过中间室54并经过吸声构件60。接下来噪声通过第二孔58进入第二室48中，并进入出口管32，以便从车辆10中排出。

因此，吸声构件60直接设置在大部分排气噪声的路径中。有利的是，排气噪声在穿过吸声构件60时被显著降低。吸收构件60对于降低来自发动机的低频声音尤其有效。此外，吸声构件60降低发动机产生的驻波。

应当注意到，通过提高中间室54内的吸声构件60的密度，能够进一步改善排气噪声的降低。然而，提高吸声构件60的密度还会升高排气系统12内的背压。因此，可以使吸声构件60的密度适于降低排气噪声，同时将排气系统12内的背压保持在可接受的范围内。在一个实施方式中，中间室54的容积为大约5.7L，吸声构件60的质量为大约500g，使得吸声构件60的密度为大约88g/L。

在一个实施方式中，通过将吸声构件60的纤维直接喷入中间室54中而在中间室54内设置吸声构件60。在另一个实施方式中，首先将吸声构件60封装于一次性容器如聚乙烯制成的袋中。将该容器置于第一隔板38和第二隔板46之间，然后将第一隔板38和第二隔板46以及该容器插入外壳16中。在工作过程中，所述容器例如通过烧掉而减少，而吸声构件60保留在中间室54内。

在所示的实施方式中，入口管26包括多个横向孔62。横向孔62延伸穿过入口管26的第二端30，从而与中间室54流体连通。可以存在任何数目的具有任何合适的尺寸并以任何合适的图案布置的横向孔62。出口管32也包括多个横向孔64。横向孔64延伸穿过出口管32的第一端34，从而与中间室54流体连通。这样，废气和排气噪声通过入口管26进入消声器14，并可以经过入口管26的横向孔62、经过中间室54、经过出口管32的横向孔64并通过出口管32离开消声器14。这样，为了改善排气噪声的降低，一些废气和排气噪声绕过第一室40和第二室48。在一个实施方式中，大部分废气和排气噪声按如上所述经过第一室40和第二室48，仅有一小部分绕过第一室40和第二室48。应当注意到，入口管26的横向孔62和出口管32的横向孔64是可选的，消声器14也能够在没有横向孔62、64的情况下工作。

现在参照图3，示出了图表63，图表63图示了消声器14的一个实施方式的性能。通过多次测试同一个消声器14获得图表63的数据。在每次测试中，吸声构件60具有不同的密度。图表63将插入损耗即排气噪声的降低或减弱绘制在纵轴上。排气噪声频率绘制在横轴上。线67表示具有质量为约200g、密度为32g/L的吸声构件60的消声器14的性能。线69表示具有质量为约600g、密度为96g/L的吸声构件60的消声器14的性能。线71表示具有质量为约800g、密度为128g/L的吸声构件60的消声器14的性能。应当注意到，因为对每次测试使用同一个消声器14，所以中间室54的容积保持恒定。总的来说，如线67所示，对于吸声构件60为200g的消声器14，在整个频率范围内出现最多的排气噪声。对于吸声构件60为600g的消声器14，出现较少的排气噪声，如线69所示。对于吸声构件60为800g的消声器14，排气噪声更少，如线71所示。因此图3表明，通过提高吸声构件60的密度，消声器14消除了更多的排气噪声。还注意到，在测试过程中，在约4000RPM时在排气系统12中产生驻波；然而，消声器14显著地减少了驻波，尤其是当吸声构件60的质量为600g或800g时。应当理解，图表63仅表示消声器14的一个实施方式的性能，可以对消声器14进行改变以使其表现任何期望的性能。

现在参照图4，示出了消声器114的另一个实施方式，其中将类似的数字加上100来表示与图1和图2中所示实施方式相似的特征。消声器114与图1和图2的实施方式基本相似，不同之处在于消声器114包括流通或旁通管166。流通管166可以由金属管料制成。流通管166完全设置在消声器114的外壳116内。第一隔板138和第二隔板146各自包括流通孔168a、168b。流通管166延伸穿过流通孔168a、168b的每个。此外，流通管166包括与第一室140流体连通的第一末端170以及与第二室148流体连通的第二末端172。因此，废气和排气噪声能够经过流通或旁通管166，而不经过吸声构件160。

如图4中所示，消声器114还包括阀174。阀174与流通管166的第二末端172操作性地连接，从而选择性地限制废气和排气噪声流过流通管166。例如，在一个实施方式中，阀174包括枢接于流通管166的挡板176。阀174还包括偏压构件178，如扭转弹簧。偏压构件178由销180保持，销180延伸穿过偏压构件178并在其每端连接到流通管166的凸缘182a、182b。挡板176的尺寸设置为基本覆盖流通管166的第二末端172的开口。此外，偏压构件178朝第二末端172的开口对挡板176施加偏压，以覆盖流通管166的开口。

因此，废气按如上所述从入口管126进入第一室140。当第一室140中的压力相对较低时，偏压构件178对挡板176施加偏压，从而使挡板176保持在覆盖流通管166的第二末端172的开口的位置。这样，基本上所有的废气和排气噪声按以上所述经过吸声构件160，并通过出口管132排出消声器114。然而，当第一室140中的压力相对较高时，挡板176克服偏压构件178的力枢转，使废气和排气噪声从第一室140经过流通管166进入第二室148，并绕过吸声构件160。

在一个实施方式中，当车辆发动机在相对较低的RPM下工作时，第一室140中的压力保持为低到足以保持挡板176封闭。这样，低的发动机RPM产生的低频和/或驻波被吸声构件160降低。当车辆在较高的RPM下工作时，第一室140中的压力升高到足以打开挡板176。应当注意到，可以调整偏压构件178以使阀174在任何期望的发动机废气流量下打开。这样，能够降低排气系统112内的背压，从而改善发动机在较高RPM下的性能。还应当注意到，由于其它的外部噪声如风声等，在这些高RPM下排气噪声较不明显。

参照图5，示出了图表184，其表示图4的消声器114的性能。图表184将“排气管声压水平”(TPSPL)即排气噪声水平绘制在纵轴上。将发动机速度绘制在横轴上。第一条线186表示期望的最大排气噪声水平。第二条线188表示当阀174被销住、不能打开时消声器114的性能。第三条线190表示当阀174正常打开和关闭时消声器114的性能。如第二条线188所示，在发动机的整个速度范围内，排气噪声总体上低于最大排气噪声水平。然而可以理解的是，因为阀174保持关闭，所以排气系统112中的背压可能对发动机性能有不利影响。如线190所示，在所示的实施方式中，阀174在大约3500RPM时打开。在阀174打开之前，即当发动机速度低于约3500RPM时，排气噪声低于期望的最大值。然后，当阀174打开时，即当发动机速度在约3500RPM以上时，排气噪声超过最大排气噪声水平。然而，如上文所述，阀174打开以降低排气系统112中的背压并改善发动机的性能。另外，在阀174打开时出现的升高的排气噪声更可接受一些，因为外部噪声例如风声掩盖了排气噪声。应当理解，图表184仅表示消声器114的一个实施方式，可以对消声器114进行改变，以使其表现出任何期望的性能。

现在参照图6，示出了排气系统212的另一个实施方式，其中将类似的数字加上200来表示与图1和图2中所示实施方式相似的特征。如图所示，消声器214联接到入口管226和出口管232。更具体地说，消声器214的外壳216设于入口管226和出口管232之间。第一隔板238和第二隔板246将消声器214分隔成第一室240、第二室248以及位于第一室240和第二室248之间的中间室254。第一隔板238包括多个第一孔256，第二隔板246包括多个第二孔258。入口管226终止于第一室240中，从而与第一室240流体连通。出口管232终止于第二室248中，从而与第二室248流体连通。吸声构件260封装于中间室254中。

因此，废气和排气噪声从入口管226进入第一室240，通过第一孔256进入中间室254，经过吸声构件260和第二孔258，进入第二室248，并通过出口管232排出。注意到，排气噪声在经过吸声构件260时被降低。还应注意到，消声器214的外壳216的横截面面积比入口管226以及出口管232的横截面面积大得多。这降低了工作过程中在排气系统212内产生的背压量。

现在参照图7，示出了排气系统312的另一个实施方式，其中将类似的数字加上300来表示与图1和图2中所示实施方式相似的特征。排气系统312与图7中所示的实施方式基本相似，不同之处在于消声器314包括与图5中所示实施方式类似的流通或旁通管366。流通管366延伸穿过第一隔板338和第二隔板346，从而与第一室340和第二室348两者都流体连通。此外，在第二室348内设置阀374。因此在工作过程中，阀374可以在低的发动机速度下保持关闭，废气和排气噪声基本上通过吸声构件360。然而，当第一室340中的压力足够高时，压力将迫使阀374打开，使一些废气和排气噪声通过流通管366，从而降低排气系统312内的背压。

现在参照图8，示出了排气系统412的另一个实施方式，其中将类似的数字加上400来表示与图1和图2中所示实施方式相似的特征。如图所示，消声器414包括第一隔板438和第二隔板446。第一隔板438包括多个第一孔456，第二隔板446包括多个第二孔458。在第一隔板438和第二隔板446之间限定出中间室454。在中间室454内设置吸声构件460。

消声器414还包括设置在外壳416内的第三隔板491，从而在第三隔板491、第一壁418以及外壁422之间限定出吸收室492。在吸收室492内设置第二吸声构件461。

消声器414还包括第四隔板493，第四隔板493将第一室440分成输入室494和返回室495。此外，消声器414包括延伸穿过第四隔板493的返回管496，使得输入室494和返回室495流体连通。

入口管426延伸穿过外壁422并进入输入室494。入口管426终止于输入室494中。出口管432延伸穿过第一壁418、第三隔板491、第一隔板438以及第二隔板446。出口管432终止于第二室448内。另外，出口管432包括多个横向孔464，使得出口管432与吸收室492流体连通。应当注意到，如果没有横向孔464，吸收室492则是完全封闭的。

在工作过程中，如图8中虚线箭头所示，废气和排气噪声流经消声器416。更具体地说，废气和噪声进入消声器416，通过入口管426进入输入室494中。气体和噪声的一部分流经第一孔456并进入中间室454中。气体和噪声的其它部分流经返回管496到达返回室495，然后通过第一孔456进入中间室454中。如上所述，排气噪声在经过吸声构件460时被降低。然后气体和噪声通过第二孔458进入第二室448并进入出口管432中。然后，基本上所有废气通过出口管432从消声器414中排出。然而，一些排气噪声通过出口管432从消声器414中排出，而一些噪声通过横向孔464进入吸收室492中，以便由第二吸声构件461进一步降低。因此，由于吸声构件460、461两者的作用，能够显著降低排气噪声。

总之，通过使大部分排气噪声经过吸声构件60、160、260、360、460、461，以上公开的消声器14、114、214、314、414有效地降低了排气噪声。这能够降低排气系统12、112、212、312、412中的不期望的低频排气噪声和/或驻波。

Claims (13)

1.一种车辆排气系统消声器，包括：

外壳，该外壳具有输入壁和输出壁；

带孔的第一和第二隔板，所述隔板位于外壳内，并且与输入壁和输出壁中的一个限定出输入室，与输入壁和输出壁中的另一个限定出输出室，在第一和第二隔板之间限定出中间室；

吸声构件，该吸声构件位于中间室中；

入口管，该入口管穿过输入壁进入外壳并终止于输入室中；以及

出口管，该出口管的一端位于输出室中，另一端穿过输出壁伸出外壳。

2.如权利要求1所述的消声器，其中，所述输入室与所述输出壁相邻，并且所述入口管从所述输入壁延伸穿过所述输出室和中间室，然后终止于所述输入室中，所述入口管中还包括孔，从而使所述入口管和中间室之间能够流体连通。

3.如权利要求2所述的消声器，其中，所述输出室与所述输入壁相邻，并且所述出口管从所述输出室延伸穿过所述中间室和输入室到达所述输出壁，所述出口管中还包括孔，从而使所述中间室和出口管之间能够流体连通。

4.如权利要求1所述的消声器，还包括流通管，该流通管从所述输入室延伸穿过所述中间室到达所述输出室，该流通管在其一端处具有阀，该阀可操作成根据废气流压力而改变所述一端的打开面积。

5.如权利要求1所述的消声器，其中，所述吸声构件包括粗纱材料。

6.如权利要求5所述的消声器，其中，所述粗纱材料包括玻璃纤维丝。

7.如权利要求5所述的消声器，其中，所述粗纱材料包括玄武岩矿棉丝。

8.如权利要求1所述的消声器，还包括第三实心隔板，该第三实心隔板与所述外壳限定出含有辅助吸声构件的辅助吸声室，并且其中所述出口管延伸穿过该辅助吸声室和所述中间室，所述出口管具有穿孔，从而使所述出口管与所述辅助吸声室之间能够流体连通。

9.如权利要求8所述的吸声室，其中，所述吸声构件包括具有第一密度的粗纱材料，并且所述辅助吸声构件包括具有第二密度的粗纱材料。

10.如权利要求9所述的消声器，其中所述第一密度比所述第二密度小。

11.如权利要求1所述的消声器，其中，所述输入室与所述输入壁相邻，并且所述入口管延伸穿过所述输入壁并终止于所述输入室中。

12.如权利要求11所述的消声器，其中所述输出室与所述输出壁相邻。

13.如权利要求12所述的消声器，还包括从所述输入室延伸到所述输出室的流通管，该流通管在其一端处具有阀，该阀可操作成根据废气压力而改变所述一端的打开面积。

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