CN101852115B - 复式三维声子晶体汽车排气消声器 - Google Patents

复式三维声子晶体汽车排气消声器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复式三维声子晶体汽车排气消声器，由连接法兰、进气管、端盖、内置有消声总成的筒身、后盖、尾管等组成，其特征在于，所述消声器总成采用复式结构声子晶体，其固态球形散射体沿排气方向层叠排列为空间点阵，同层散射体之间以高强度弹性细丝相互连接并固定于边框保持架上。本发明利用声波在周期性介质中传播的禁带特性来达到消声目的，从而能够有效化解排气消声量与排气阻力之间的矛盾，有利于消声器声学性能与空气动力性能的同步提高，全面提升汽车排气消声器的综合性能。

Description

复式三维声子晶体汽车排气消声器
所属技术领域
本发明属于内燃机排气消声装置，尤其是车载消声排气设备制造领域。
背景技术
根据工作原理的不同，传统的汽车排气消声器分为阻性消声器、抗性消声器以及阻抗复合式消声器3种类型。其中，把多孔吸声材料固定在排气通道的内壁上或按照一定方式在排气通道中排列，就构成了阻性消声器；而抗性消声器则是由扩张腔、穿孔板、穿孔管、内插管等典型声学特性元件按一定方式组合而成；如果将阻性结构和抗性结构按照一定方式组合起来，就构成了阻抗复合式消声器。目前，主流车型上广泛使用的是抗性以及阻抗复合式的消声器，纯粹的阻性消声器由于排气阻力大、耐水性差、吸声材料被排气气流吹散后易造成环境污染等缺点而基本被淘汰。
汽车排气消声器的性能评价主要采用3项指标，即：声学性能(消声量与消声频带)、空气动力性能(排气阻力系数或阻力损失)和结构性能(外形尺寸、结构强度、结构重量、工艺性、维护性、使用寿命等)，它们既互相联系又互相制约。设计大消声量且低排气阻力的排气消声器一直是汽车技术领域的热点和难点。同时，设计中还须考虑消声器的结构性能要求，即不但要耐用，还要避免过大、过重、安装困难等情况。然而，长期的理论研究和工程实践表明，采用传统的汽车排气消声器，要想兼顾上述3方面的性能要求往往极为困难，由此造成汽车排气消声器综合性能不佳的状况长期存在。可以预见，在日益严格的汽车噪声控制标准和环保法规要求下，传统的汽车排气消声器最终将无法适应整车匹配的技术条件，具体体现在：
(1)传统的汽车排气消声器，依靠排气通道的摩擦阻力和粘滞阻力(阻性消声原理)以及气流的反射、干涉、转向、回旋、截面突变等(抗性消声原理)耗散声能而达到消声目的。因此，无论是采用阻性、抗性还是阻抗复合的结构型式，其工作原理决定了消声器声学性能的提高均以牺牲空气动力性能为代价。即一方面降低了排气噪声，但另一方面却增加了排气阻力，从而降低了发动机的动力性能，增加了发动机的能耗，甚至会影响整车正常行驶；
(2)传统的汽车排气消声器，在工作过程中会因其壳体表面振动而激发出噪声辐射，即所谓“再生噪声”。再生噪声的产生，会在一定程度上抵消消声器的降噪效果，因此必须对其加以抑制。而为了抑制再生噪声，又不得不增加壳体厚度，或采用不等厚度双层壳体等附加结构，由此导致消声器的重量增加与工艺性下降；
(3)传统的汽车排气消声器，无论是抗性还是阻抗复合式消声器(纯粹的阻性消声器已基本被淘汰)，其腔体内部集成了诸多声学特性元件，结构十分复杂，设计、制造及维护均不方便。
注意到相关领域已公开的专利，其中，胡克龙的发明专利“滤波器的噪声抑制方法(200310110368.5)”，吴福根、钟兰花、张欣、钟会林、李小玲、钟韶的发明专利“二维声子晶体隔音结构(200410077471.9)”和实用新型专利“二维声子晶体隔音结构(200420102759.2)”，陈天宁、崔战友、张波、吴钊的发明专利“具有缝隙特征散射体二维声子结构及由其组成的带隙材料(200810150323.3)”，周代
Figure GSA00000109684700031
的发明专利“便携式电子装置(200810301613.3)”，陈源、周明刚、黄涛、周敬东、孙国栋、张铮、陈辉、张三强、周小强、戚得众、王元芳、余艳艳、黄英的发明专利“一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法(200910061996.6)”，虽然都涉及到声子晶体这一新型声学功能材料，但却并不针对汽车排气消声器领域的应用。而在汽车排气消声器领域的诸多专利信息中，尚未见到涉及声子晶体应用的报道。
发明内容
鉴于现有技术的缺点，本发明的目的在于设计一种新的复式三维声子晶体汽车排气消声器，以声子晶体的能带结构理论为依据，利用声波在周期性介质中传播的禁带特性来达到消声目的。
本发明的目的是通过如下的手段实现的。
复式三维声子晶体汽车排气消声器，由连接法兰、进气管、端盖、内置有消声总成的筒身、后盖、尾管等组成，其特征在于，所述消声器总成采用复式结构声子晶体，其固态球形散射体沿排气方向层叠排列为空间点阵，同层散射体之间以高强度弹性细丝相互连接并固定于边框保持架上。本发明利用声波在周期性介质中传播的禁带特性来达到消声目的，从而能够有效化解排气消声量与排气阻力之间的矛盾，有利于消声器声学性能与空气动力性能的同步提高，全面提升汽车排气消声器的综合性能。
其具体的优点可表达为：
(1)抛弃了传统汽车排气消声器的阻性及抗性消声原理，即不再依靠排气通道的摩擦阻力和粘滞阻力以及气流的反射、干涉、转向、回旋、截面突变等耗散声能，而是利用声波在周期性介质中传播的禁带特性来达到消声目的，从而能够有效化解排气消声量与排气阻力之间的矛盾，有利于消声器声学性能与空气动力性能的同步提高。
(2)无需增加消声器壳体厚度或引入附加结构，而是利用壳体振动弹性波禁带特性来抑制再生噪声，从而能够有效避免因抑制再生噪声而导致消声器的重量增加与工艺性下降，有利于消声器声学性能与结构性能的同步提高。
(3)抛弃了传统汽车排气消声器腔体内部的扩张腔、穿孔板、穿孔管、内插管等诸多声学特性元件，代之以形态规则的复式结构声子晶体总成，有利于腔体内部结构的大大简化。
(4)性能设计参数较多，且设计约束条件较为宽松，因而具有较强的可设计性。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明消声总成中复式三维声子晶体排布图。
图3是发明实施例的局部剖视图。
具体实施方式
由图1可看到，复式三维声子晶体汽车排气消声器，由连接法兰1、进气管2、端盖3、内置有消声总成4的筒身7、后盖5、尾管6和挂钩8等组成。由图2可看到，所述消声器总成4采用复式结构声子晶体，其固态球形散射体9沿排气方向层叠排列为空间点阵，同层散射体之间以高强度弹性细丝10相互连接并固定于边框保持架11上。
复式结构声子晶体总成是该消声器的核心功能元件，其实质是一种人工周期性复合结构。一方面，声波受其周期性介质常数的调制会形成能带结构，产生声学禁带，而在禁带频率范围内的声波被禁止传播，从而达到了抑制噪声的目的。由于其工作原理已不再依靠排气通道的摩擦阻力和粘滞阻力以及气流的反射、干涉、转向、回旋、截面突变等耗散声能，因而化解了排气消声量与排气阻力之间的矛盾；另一方面，在同样机制下，消声器壳体振动的弹性波也会产生禁带，在禁带频率范围内的壳体振动被禁止，从而起到了抑制再生噪声的作用，且无需增加壳体厚度或引入附加结构，即可有效避免因抑制再生噪声而导致消声器的重量增加与工艺性下降。再有，以这种形态规则的人工周期性复合结构替代传统消声器腔体内部诸多声学特性元件(如扩张腔、穿孔板、穿孔管、内插管等)，大大简化了腔体内部结构，从而更便于设计、制造及维护。
为了获得足够的消声量并满足所需要的消声频带，复式结构声子晶体总成至少须由三段具有不同点阵形态的固/气型三维声子晶体沿排气方向衔接而成。性能设计参数为：不同点阵形态固/气型三维声子晶体的段数、段长度与衔接次序，以及每段固/气型三维声子晶体中固态球形散射体的空间点阵形态与周期常数、散射体直径、散射体材质密度、弹性细丝直径与刚度等。设计约束条件是：植入上述声子晶体后的消声器腔体仍然具有足够的通流面积，以避免排气背压的增加。
实际实施时，可在一段或多段声子晶体的固态球形散射体上开设小孔，由此在声学禁带的基础上，增加了小孔消声机制，并可通过改变小孔的个数、方位、截面形状及面积等获得更为理想的声学禁带特性。
此外还可在空间点阵的局部范围内对固态球形散射体实施缺位、穿孔、变形、改变材质等处理，由此在声子晶体中引入缺陷态，以适当调控声波及振动弹性波的传播规律与禁带特征，从而在扩展消声频带的同时改善排气噪声的声学品质。
由端盖、后盖、筒身围成的消声器腔体，一方面，用于承载和保护复式结构声子晶体总成；另一方面，与进气管、尾管构成了声学扩张腔结构，也具有一定的辅助消声作用。
在图3的实施例中所示，具体设计出了一种三段衔接式固/气型三维声子晶体汽车排气消声器。其复式结构声子晶体总成由三段具有不同点阵形态的固/气型三维声子晶体沿排气方向衔接而成，依次为Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段声子晶体。同时，在Ⅱ段声子晶体的每个固态球形散射体上开设了小孔，并对位于Ⅲ段声子晶体芯部的若干个固态球形散射体实施了缺位处理以构成缺陷态。

Claims (6)

1.复式三维声子晶体汽车排气消声器，由连接法兰、进气管、端盖、内置有消声器总成的筒身、后盖、尾管组成，其特征在于，所述消声器总成采用复式结构声子晶体，其固态球形散射体沿排气方向层叠排列为空间点阵，同层散射体之间以高强度弹性细丝相互连接并固定于边框保持架上。
2.根据权利要求1所述之复式三维声子晶体汽车排气消声器，其特征在于，所述复式结构声子晶体总成至少由三段具有不同点阵形态的固/气型三维声子晶体沿排气方向衔接而成。
3.根据权利要求1或2所述之复式三维声子晶体汽车排气消声器，其特征在于，所述固态球形散射体上开设有小孔。
4.根据权利要求1或2所述之复式三维声子晶体汽车排气消声器，其特征在于，所述空间点阵的局部范围内存在固态球形散射体的缺位。
5.根据权利要求1或2所述之复式三维声子晶体汽车排气消声器，其特征在于，所述空间点阵的局部范围内相邻固态球形散射体存在形态差异。
6.根据权利要求1或2所述之复式三维声子晶体汽车排气消声器，其特征在于，所述空间点阵的局部范围内相邻固态球形散射体存在材质差异。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107143641A (zh) * 2017-06-06 2017-09-08 哈尔滨工程大学 一种三维准声子晶体减振齿轮
CN108036013B (zh) * 2017-11-08 2019-06-28 江苏大学 一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置
CN108859594B (zh) * 2018-04-26 2021-09-28 华东交通大学 一种基于声子晶体的高速铁路列车车轮吸振器
CN108488309B (zh) * 2018-05-04 2024-04-26 东南大学 一种周期复合结构点阵材料
CN110311642B (zh) * 2019-07-10 2023-07-14 电子科技大学 一种集成声子晶体矩阵的微机电谐振器及其加工方法
CN113502761A (zh) * 2021-06-21 2021-10-15 山西省交通科技研发有限公司 基于3d打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1797541A (zh) * 2004-12-21 2006-07-05 广东工业大学 二维声子晶体隔音结构
WO2008100901A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Massachusetts Institute Of Technology Transformative periodic structures, in particular tunable photonic crystals and phononic crystals
CN101329864A (zh) * 2008-07-11 2008-12-24 西安交通大学 具有缝隙特征散射体二维声子结构及由其组成的带隙材料
CN101334993A (zh) * 2008-08-04 2008-12-31 中国科学院力学研究所 一种基于网络结构的吸声复合材料及其制备方法
EP2075424A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-01 Honda Motor Co., Ltd. Catalyst arrangement construction of motorcycle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201794641U (zh) * 2010-05-20 2011-04-13 西南交通大学 复式三维声子晶体汽车排气消声器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1797541A (zh) * 2004-12-21 2006-07-05 广东工业大学 二维声子晶体隔音结构
WO2008100901A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Massachusetts Institute Of Technology Transformative periodic structures, in particular tunable photonic crystals and phononic crystals
EP2075424A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-01 Honda Motor Co., Ltd. Catalyst arrangement construction of motorcycle
CN101329864A (zh) * 2008-07-11 2008-12-24 西安交通大学 具有缝隙特征散射体二维声子结构及由其组成的带隙材料
CN101334993A (zh) * 2008-08-04 2008-12-31 中国科学院力学研究所 一种基于网络结构的吸声复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lin Yan,HE-ping Zhao,Xiao-yun Wang,Gou-sheng Huang,Xiu-yan Peng.Band Structure of Three-dimensional Phononic Crystals.《CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS》.2006,第19卷(第2期), *
温激鸿,韩小云,王刚,赵宏刚,刘耀宗.声子晶体研究概述.《功能材料》.2003,第34卷(第4期), *

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