CN102216575A - 开式室排气消声器以及相关制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

披露了开式室排气消声器以及相关制造和使用方法。一个实施方式的排气消声器具有室本体，至少抑制声音的吸收材料，和将所述吸收材料保持靠在所述室本体的内侧表面上并且将所述室本体的开式内室暴露给所述吸收材料的保持件。所述室本体具有用于从发动机接收废气的入口和用于从所述排气消声器排出废气的出口。所述室本体、吸收材料和保持件限定所述开式内室，并且所述开式内室提供用于废气从所述入口到所述出口的无限制流动的废气流动面积，该废气流动面积大于所述入口和所述出口中的至少一个的气体流动面积。在一些实施方式中所述室本体的端盖是可拆卸的。

Description

开式室排气消声器以及相关制造和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月22日提交的、发明名称为“开式室排气消声器以及相关制造和使用方法”、序列号为61/098,937的美国临时专利申请的优先权，其全部内容以引用的方式被结合到这里。

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃机的消声器，并且更具体地涉及用于这种发动机的排气消声器。

背景技术

在一种类型的排气消声器中，引导废气通过布置在内消声器室中的一系列流管和隔板。尽管这些部件相互协作以减少声级，但是它们也限制了废气通过消声器的流动，并且例如能对这种消声器所附接到的发动机形成反压。多个部件中的每一个也表现出潜在的故障点。

基本上直管的消声器代表其中废气穿过单个管的另一设计。消声器管中的孔可以将声音抑制材料和/或其它材料暴露给所述管的内部，该声音抑制材料和/或其它材料被放置在消声器管和消声器的外侧壳体之间。在这些设计中，消声器管中的废气流动的阻力趋向于大致等于或者大于所述消声器管所连接到的废气管中的阻力，并且为了防止消声器材料通过所述消声器管中的孔被吹出所述消声器，倾向于限制所述消声器材料的暴露量。由于消声器材料的暴露量受限，这些消声器可能无法满足可接收的声级规格。为了减少声级而增加所述消声器材料的暴露程度通常导致消声器材料的失效。

传统的消声器也通常被当作消耗品，在磨损或失效的情况下被整体替换。

发明内容

因此，仍然有对排气消声器进行改进的需求。

根据本发明的一个方面，提供一种排气消声器，其包括室本体，该室本体具有用于从发动机接收废气的入口和用于从所述排气消声器排出废气的出口；至少抑制声音的吸收材料；和保持件，该保持件将所述吸收材料保持靠在所述室本体的内侧表面上并且将所述室本体的开式内室暴露给所述吸收材料，所述室本体、吸收材料和保持件限定所述开式内室，所述开式内室提供用于废气从所述入口到所述出口的无限制流动的废气流动面积，该废气流动面积大于所述入口和所述出口中的至少一个的气体流动面积。

在一些实施方式中，所述开式内室提供的废气流动面积大于所述入口的气体流动面积并且也大于所述出口的气体流动面积。

在一些实施方式中，所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，并且所述保持件将所述吸收材料保持靠在所述侧壁的内侧表面上并且靠在第一端壁和第二端壁中的至少一个的内侧表面上。

在一些实施方式中，所述保持件包括网。

在一些实施方式中，所述网包括非平坦的表面轮廓。

在一些实施方式中，所述保持件将所述吸收材料以压缩状态保持靠在所述室本体的内侧表面上。

在一些实施方式中，所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，并且所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个可释放地紧固到所述侧壁。

在一些实施方式中，所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，，并且所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个具有截头圆锥的形状。

在一些实施方式中，所述室本体包括第一本体构件和附接到所述第一本体构件的第二本体构件。

也提供一种相关方法，并且其包括：将吸收材料和保持件插入到排气消声器室本体的侧壁中，该吸收材料至少抑制声音且该保持件用于将所述吸收材料保持靠在侧壁的内侧表面上并且将排气消声器的开式内室暴露给所述吸收材料；和安装具有用于从发动机接收废气的入口的第一端盖和具有用于从所述排气消声器排出废气的出口的第二端盖。所述第一端盖、第二端盖、吸收材料和保持件限定所述开式内室，并且所述开式内室提供用于气体从所述入口到所述出口的无限制流动的废气流动面积，该废气流动面积大于所述入口和所述出口中的至少一个的气体流动面积。

在一些实施方式中，所述开式内室提供的废气流动面积大于所述入口的气体流动面积并且也大于所述出口的气体流动面积。

在一些实施方式中，所述保持件进一步将所述吸收材料保持靠在所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个的内侧表面上。

在一些实施方式中，所述保持件包括网。

在一些实施方式中，所述网包括非平坦的表面轮廓。

在一些实施方式中，所述插入包括将所述吸收材料压缩在所述保持件和所述侧壁的内侧表面之间。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括将所述侧壁提供为开式侧壁。然后所述插入可以包括将所述吸收材料和所述保持件插入到所述开式侧壁中，并且所述压缩包括闭合所述开式侧壁以压缩所述吸收材料。

在一些实施方式中，所述安装包括将所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个可释放地紧固到所述侧壁。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括：拆卸掉所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个；清洁和/或替换所述吸收材料；和紧固所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个。

在一些实施方式中，所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个具有截头圆锥的形状。

基于下面的描述，本发明的实施方式的其它方面和特征对本领域普通技术人员而言将变得是显而易见的。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方式的例子。

图1是根据本发明的一实施方式的排气消声器的轴测图。

图2是图1中所示的示例性的排气消声器的侧视图。

图3A和3B是图1中所示的示例性的排气消声器的端视图。

图4是沿着图2中所示的线4-4截取的示例性的排气消声器的横截面图。

图5是沿着图2中所示的线5-5截取的示例性的排气消声器的横截面图。

图6是图4中所示的示例性的消声器的一部分的详细图。

图7是根据本发明的另一实施方式的排气消声器的轴测图。

图8是根据本发明的进一步的实施方式的排气消声器的侧视图。

图9是根据本发明的再另一实施方式的排气消声器的侧视图。

图10是根据本发明的更进一步的实施方式的排气消声器的侧视图。

图11是图10中所示的示例性的排气消声器的端视图，其中拆卸掉了端盖74。

图12是相关方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一实施方式的排气消声器10的轴测图，并且图2、3A和3B是其的侧视图和端视图。尽管示例性的排气消声器10是圆柱形的，但是其它形状也是可预期的。通常，应当认识到，图1的示例性的消声器10，以及其它附图的内容，仅仅旨在用于示例性的目的，并且本发明决不限于附图中明确示出的和这里描述的特定的示例性的实施方式。例如，根据应用和/或制造的约束，排气消声器的大小、形状和结构可以变化。例如，为不同车开发的排气消声器可以适当地具有不同的大小和形状。

通常，可以由设备的应用以及应用的声源确定大小、长度和形状。因为它是声音吸收技术，所以所期望的声音减少量与排气消声器的大小成比例。例如，大的排气消声器可以用来为“大声的”声源提供足够的声音吸收面积。

在所示的例子中，室本体由圆柱形的侧壁15和相对的端壁12、14形成。所述端壁12、14包括入口16和出口18，入口16具有用于从发动机接收废气的入口且出口18用于从排气消声器10排出废气。在一个实施方式中，所述室本体由304型16号(gauge)不锈钢制成。作为代替，可以使用其它材料。

能以多种方式中的任一种构造所述室本体。例如，圆柱形的侧壁15和端壁12、14可以是焊接或以其它方式紧固或附接到一起的单独部件。所述端壁12、14能被提供为端盖，并且例如焊接到所述圆柱形的侧壁15。焊接是一种可能的紧固技术。作为代替，例如，能将室壁和/或其它部件卷边或螺接在一起。

参考图4和5可最佳地示出了本发明的实施方式，所述图4和5是沿着图2中所示的线4--4和5--5截取的示例性的排气消声器10的横截面图。这些附图示出了吸收材料22和保持件20，吸收材料22至少抑制声音，保持件20将所述吸收材料保持靠在所述室本体的内侧表面上并且将所述室本体的开式内室暴露给所述吸收材料。在一个实施方式中，所述吸收材料22是耐热、耐火、耐压力波和耐湍流波的纤维材料。在一些实施方式中，所述吸收材料22不仅抑制声音，而且捕捉废气中的污染物例如微粒。在一个实施方式中，类似于所述室本体，所述保持件20由不锈钢制成，尽管作为代替可以使用其它材料。

图4和5清楚地示出的所述室本体、吸收材料22和保持件22限定开式内室，并且所述开式内室提供用于废气从入口16到出口18的无限制流动的大废气流动面积。由所述开式内室提供的气体流动面积大于入口16和出口18中的至少一个的气体流动面积，并且可以大于入口16和出口的气体流动面积，如同在示例性的排气消声器10中那样。

在一些实施方式中，所述保持件20包括用于将吸收材料22保持靠在所述端壁12、14中的任一个或两个的内侧表面上的附加部分24、26。这里所提及的保持件旨在包括可以具有用于将吸收材料保持靠在所述室本体的不同部分上的一个或多个部分的单件式保持件，以及用于保持吸收材料的多件式保持件。示例性的消声器10中的保持件20包括网篮和附加网部分24、26，网篮围绕并沿着所述圆柱形侧壁15的内侧延伸并且终止于所述端壁12、14，且附加网部分24、26用于将吸收材料22保持靠在所述端壁12、14的内侧表面上。所述附加网部分24、26可以被提供为单独件或者与所述网篮是一体的。

尽管所述端部分14、16可以焊接或者以其它方式附接到所述室本体，所述网篮的大小能被设置成用于摩擦配合靠在所述圆柱形侧壁上和/或被捕获和保持在所述端壁12、14之间。其它布置也是可能的。

在一些实施方式中，所述保持件20将所述吸收材料以压缩状态保持靠在所述室本体的内侧表面上。例如，在一个实施方式中所述吸收材料被压缩到它的正常厚度的50％。所述吸收材料也可以被压缩成其它尺寸。例如，在制造期间能通过端盖轴向压缩所述保持件20和所述吸收材料22。在一个实施方式中，实现20％的轴向压缩。吸收材料22的压缩可有利地防止吸收材料在示例性的排气消声器10的使用期间被吹出。

在操作中，进入所述入口16的废气能膨胀到所述开式内室中，所述开式内室如上所述提供大的气体流动面积。这减小了废气的压力。内部气体流动路径不被内部部件阻塞，并且因此在它的从入口16到出口18的流动中废气不受到限制。在所示的例子中出口18小于所述开式内室，在出口18处，废气被压缩和加速，并且从出口18排出。这种压缩和速度的增加有效地朝向所述出口牵拉废气，进一步增加废气的流动。

在示例性的废气消声器10中，由所述开式内室提供的流动面积大于所述入口16和所述出口18的流动面积。然而，在一些实施方式中，所述开式内室或所述室本体的横截面面积能基本上等于所述入口或所述出口的横截面面积。尽管这是一种可能的构造，如果如图所示，开式内室中的流动面积大于入口16和出口18的流动面积，将获得前面段落中所指出的所有好处。

除了所述入口16之外，在所述入口16处湍流气体在进入所述内室时可形成流动阻力，废气在从入口流到出口18的流动中受到的阻力相对小。尽管废气在出口18处被压缩，它也加速，其抵消可能另外由压缩产生的流动阻力。

在所述开式内室之内空气流动阻力能进一步降低。例如，形成所述保持件20的网可以具有非平坦的表面轮廓，如同在图6中相对于参考线30所示的那样。这种外形沿着所述网的表面形成废气湍流或涡流。这导致气体靠在开式内室中的气体上流动，其进而导致更低的流动阻力。网形式的保持件20使吸收材料22有效地暴露给所述开式内室，同时保持吸收材料防止吹出。在一个实施方式中，网中的开口是1/4英寸×5/16英寸。吸收材料22的压缩也有助于防止吹出。

在气流改进的情况下，发动机有更少的反压(backpressure)，其能改进发动机的燃料效率和性能。改进的气流也能改进从发动机通过它的排气系统的传热，进一步改进性能。

所述吸收材料22至少抑制声音，如同上面所指出的那样。通过吸收材料吸收而不是反射声波，其减少留在出口18处的声级。网或其它基本上开式的保持件结构通过增加暴露给开式内室的吸收材料的量改进了声音抑制。例如，在具有穿孔管的消声器设计中，暴露趋向于比具有网的消声器少得多。例如图6中所示的网保持件，其通过线30是显然是非平坦的，具有升高的边缘以捕获更多的声音。

所述开式室本身的大尺寸进一步增加了吸收材料22暴露给排气系统中的声波的暴露量。示例性的排气消声器10的尺寸也能变化以捕获更长波长的声波，因此进一步改进声音抑制。在一个实施方式中，图1到6中所示的类型的排气消声器是48英寸长并且具有11英寸的直径，尽管其它的大小当然也是可以预期的。通常，可以根据特定应用和发动机声音特性确定排气消声器的体积、宽度和长度。

尽管通过增加吸收材料22的暴露程度至少抑制了声波，但是开式内室不阻碍压力波并且因此允许压力波穿过。因此有效地分离了压力波和声波。

图1到6中所示的和上面所描述的特定的示例性的排气消声器10仅仅旨在用于示例的目的。其它实施方式可以包括额外的或不同的特征。

例如，图7是根据本发明的另一实施方式的排气消声器40的轴测图，示出了两种可能的变形。在示例性的排气消声器40中，室本体具有基本上长方形的形状，由侧壁45和端壁42、44形成。图7中所示的另一变形是可以提供多个入口和/或出口。示例性的排气消声器40可以具有两个入口46a、46b和一个出口48，或者一个入口48和两个出口46a、46b。其它形状和/或构造的入口和出口也是可能的。例如，所述入口和/或出口能在排气消声器的侧部而不是在端部。

图8是根据本发明的进一步的实施方式的排气消声器50的侧视图。在示例性的排气消声器50中，所述室本体包括具有入口56的第一端盖52，具有出口58的第二端盖54，和在所述端盖之间延伸的圆柱形侧壁55。在所示的例子中，所述两个端盖都具有截头圆锥的形状。

端盖52、54的形状有效地减弱示例性的排气消声器50的入口56到开式内室之间的以及开式内室和出口56之间的过渡。所述入口端盖52减少入口56处的湍流，并且所述出口端盖54使废气更容易压缩用以通过所述出口58排出。尽管在图8中所述室本体的两端都具有截头圆锥形的端盖52、54，其它实施方式可以例如仅仅在一端处包括这种端盖。

这里所提及的室本体旨在包括其中可以提供室本体的许多不同形式的任一种。例如，图9中所示的排气消声器60是室本体包括附接到彼此的两个本体构件62、64的实施方式的示例。所述本体构件具有用作入口和出口的开口66、68。这种类型的构造能被认为是由两个端盖构成的室本体的一种形式，其中没有侧壁在它们之间延伸。

根据本发明的另一方面，室本体的一个或两个端盖是可拆卸的。图10是本发明的这种实施方式的示例性的排气消声器70的侧视图，并且图11是图10中的示例性的排气消声器的端示图，其中拆卸掉了端盖74。在示例性的排气消声器70中，所述室本体包括具有入口76的端盖72，具有出口78的端盖74，和在端盖之间延伸的圆柱形侧壁75。在所示的例子中，所述端盖74通过凸缘装置可释放地紧固到所述侧壁75。

凸缘80示例性地通过焊接附接到所述圆柱形侧壁75，并且凸缘82使用螺栓84、86、88紧固到凸缘80。在一个实施方式中，所述凸缘84也通过焊接附接到所述端盖74，并且因此将所述端盖可释放地紧固到所述圆柱形侧壁75。其它部件例如密封件和衬垫也可以部分或全部设置在所述凸缘80、82之间以提供流体密封。

如同通过图11将是显而易见的那样，这个例子中的凸缘80具有四个用于接收螺栓84、86、88和在图10中不可见的额外螺栓的孔90、92、94、96。这些孔可以是带螺纹的，使得拆卸掉所述端盖74不需要拆卸掉螺栓84、86、88和相应的螺母，尽管在不同的应用或实施方式之间端盖的可释放的紧固的具体方式可以变化。

通过拆卸掉螺栓84、86、88，以及在图11中所示的例子中的额外的螺栓，示例性的排气消声器70的开式内室是可触及的。然后能拆卸掉所述端盖74和所述凸缘82。

示例性的排气消声器70的开式内室的装配后的触及(access)可以提供几个好处。设置在所述开式内室中的吸收材料也可以提供其它功能。在一些实施方式中，所述吸收材料可以捕获废气中的微粒。然而，这种材料的微粒捕获能力将是有限的。一旦所述材料已经达到了它的捕获微粒的最大容量，废气中的微粒将基本上穿过所述排气消声器。这种微粒饱和也可能影响声音抑制性能。传统地，或者虽然消声器的性能退化但仍继续使用，或者整体替换所述消声器。

示例性的排气消声器70的开式内室的可触及提供清洁和替换吸收材料以及可能的其它部件的选项。例如能通过真空来清洁所述吸收材料。保持件能类似地是可触及的用以修理和/或替换。在两端处都有可拆卸的端盖的情况下，能替换整个侧壁75和它的吸收材料以及保持件。

前面的描述主要涉及排气消声器。图12是相关方法的流程图。

所述方法包括在102处提供侧壁。这可能需要例如将钢板夹辊(pinchroll)成大致圆柱形的形状。在下面进一步详细描述的一个实施方式中，在排气消声器的组装期间，所述侧壁可以是开式的。

在104处，将吸收材料和保持件插入到所述侧壁中，该吸收材料至少抑制声音，且保持件用于将吸收材料保持靠在侧壁的内侧表面上并且将排气消声器的开式内室暴露给所述吸收材料。这可能包括在所述保持件和所述侧壁的内侧表面之间压缩所述吸收材料。对于开式侧壁，所述插入操作可需要将所述吸收材料和保持件插入到所述开式侧壁中，并且闭合所述开式侧壁以压缩所述吸收材料。然后在106处，将示例性地通过焊接闭合所述侧壁。在圆柱形的侧壁的情形中，例如，所述侧壁可以沿着它的长度是开式的，并且然后被闭合和焊接以压缩所述吸收材料并且将所述吸收材料和保持件保持在内部。

在一些实施方式中，室本体包括侧壁和端盖形式的相对的端壁。在108处，安装这些端盖。在这点上，所述端盖，所述吸收材料和所述保持件限定所述开式内室。如同上面所描述的那样，所述开式内室提供用于气体的从入口到出口的无限制流动的废气流动面积，其大于入口和出口中的至少一个的气体流动面积。

在108处，一个或两个端盖可以可释放地紧固到所述侧壁。在这种情形中，在110处，能拆卸掉至少一个端盖，以清洁和/或替换所述吸收材料，如同在112处所示的那样。能类似地替换、修理和清洁所述保持件和/或包括吸收材料和保持件的整个侧壁组件。然后在114处，再安装上拆卸掉的端盖。如同在116处所示的那样，例如，可以以规律的时间间隔和/或规律的驱动距离间隔来重复110、112、114处的操作。

已经描述的仅仅是本发明的实施方式的原理的应用的示例。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能实现其它布置和方法。

Claims (19)

1.一种排气消声器，包括：

室本体，该室本体具有用于从发动机接收废气的入口和用于从所述排气消声器排出废气的出口；

至少抑制声音的吸收材料；和

保持件，该保持件将所述吸收材料保持靠在所述室本体的内侧表面上并且将所述室本体的开式内室暴露给所述吸收材料，

所述室本体、所述吸收材料和所述保持件限定所述开式内室，所述开式内室提供用于废气从所述入口到所述出口的无限制流动的废气流动面积，该废气流动面积大于所述入口和所述出口中的至少一个的气体流动面积。

2.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述开式内室提供的废气流动面积大于所述入口的气体流动面积并且也大于所述出口的气体流动面积。

3.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，并且其中所述保持件将所述吸收材料保持靠在所述侧壁的内侧表面上并且靠在第一端壁和第二端壁中的至少一个的内侧表面上。

4.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述保持件包括网。

5.如权利要求4所述的排气消声器，其中所述网包括非平坦的表面轮廓。

6.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述保持件将所述吸收材料以压缩状态保持靠在所述室本体的内侧表面上。

7.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，并且其中所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个可释放地紧固到所述侧壁。

8.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述室本体包括第一端盖、第二端盖和侧壁，所述第一端盖包括所述入口，所述第二端盖包括所述出口，且所述侧壁在所述第一端盖和所述第二端盖之间延伸，并且其中所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个具有截头圆锥的形状。

9.如权利要求1所述的排气消声器，其中所述室本体包括第一本体构件和附接到所述第一本体构件上的第二本体构件。

10.一种方法，包括：

将吸收材料和保持件插入到排气消声器的室本体的侧壁中，所述吸收材料至少抑制声音，且所述保持件用于将所述吸收材料保持靠在所述侧壁的内侧表面上并且将所述排气消声器的开式内室暴露给所述吸收材料；

安装第一端盖和第二端盖，所述第一端盖具有用于从发动机接收废气的入口，且所述第二端盖具有用于从所述排气消声器排出废气的出口，

所述第一端盖、所述第二端盖、所述吸收材料和所述保持件限定所述开式内室，所述开式内室提供用于气体从所述入口到所述出口的无限制流动的废气流动面积，所述废气流动面积大于所述入口和所述出口中的至少一个的气体流动面积。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述开式内室提供的废气流动面积大于所述入口的气体流动面积并且也大于所述出口的气体流动面积。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述保持件进一步将所述吸收材料保持靠在所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个的内侧表面上。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述保持件包括网。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述网包括非平坦的表面轮廓。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述插入包括将所述吸收材料压缩在所述保持件和所述侧壁的内侧表面之间。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：

将所述侧壁提供为开式侧壁，

其中所述插入包括将所述吸收材料和所述保持件插入到所述开式侧壁中，

其中所述压缩包括闭合所述开式侧壁以压缩所述吸收材料。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述安装包括将所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个端盖可释放地紧固到所述侧壁。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

拆卸所述第一端盖和所述第二端盖中的所述至少一个端盖；

清洁和/或替换所述吸收材料；和

紧固所述第一端盖和所述第二端盖中的所述至少一个端盖。

19.如权利要求10所述的方法，其中所述第一端盖和所述第二端盖中的至少一个具有截头圆锥的形状。

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