CN103277171A - 一种新型的排气消声结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的排气消声结构，用于提高排气噪声的声品质，同时能够降低排气系统背压，属于排气噪声控制领域，包括壳体、隔板及管路结构，管路结构包括入口管、中间管、桥接管、出口管，入口管穿过第一腔室直通第二腔室，在入口管位于第一腔室的管段上沿管段的圆周方向设有气流通孔；中间管连通第一腔室和第二腔室，在中间管位于第一腔室的管段末端设置有阀体结构；桥接管设置在第一腔室内且连通入口管和中间管；出口管直接从第一腔室通出壳体外。本发明根据发动机的转速变化有两种不同的工作模式，两种工作模式相互配合，使得本发明消声结构能够根据转速变化跟踪消除排气低频阶次噪声，从而能够有效改善排气噪声的声品质。

Description

一种新型的排气消声结构

技术领域

本发明涉及一种排气消声结构，用于提高排气噪声的声品质，同时能够降低排气系统背压，属于排气噪声控制领域。

背景技术

随着汽车保有量的急剧增长，噪声污染问题日益受到人们的关注。世界各国都将汽车噪声指标纳入了强制考核的范围，明确规定了机动车噪声限值（《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》 GB1495-2002）。车用发动机的排气噪声占汽车噪声的比重非常大，甚至比发动机本体噪声高出10~15dB（A）。为此，一般通过加装排气消声器的方式来消减发动机的排气噪声，以达到降噪的目的。但随着技术的发展，降噪不再是排气消声系统设计的唯一目标，让汽车排气噪声符合人耳的主观感受成为排气系统设计更高的目标（汽车排气噪声异响及心理声学分析，汽车技术 2008年第3期）。现在各大汽车厂商对排气噪声的阶次成份提出了详细的控制要求，以求获得良好的排气声品质。实际需求的变化，对排气系统的设计提出了更高的要求。

发动机排气噪声频率范围较宽，在20Hz~10000Hz都有分布；其中排气阶次噪声占主要噪声成分，并对声品质有着极其重要的影响。阶次噪声属于低频噪声，一般需要设计复杂的腔体组合结构才能对低频阶次噪声进行有效的控制。但是复杂的腔体组合结构一方面增加消声器腔体体积，增加加工难度和成本；另一方面会增加排气背压，增加了发动机的功率损失。中国专利公布号CN102410063A的发明专利公开了一种汽车消声器，有两个进气口，内部有复杂的突变截面结构，使声波多次反射产生相消干涉衰减声能。此种消声器会对发动机较宽频带内的噪声有一定的消声效果，但是由于截面突变太多会增加排气背压值，以及在气流作用下产生大量的气动再生噪声，同时还会增加消声器的体积和加工难度。中国专利公开号CN1873192、CN102392719、CN102562223A等发明专利也公开了类似的复杂结构汽车消声器，这些消声结构都会存在排气背压值高、体积大和加工复杂的缺点。中国专利公布号CN102191971A和CN102536388A两个发明专利，以及实用新型专利CN201581962U和CN202832729U公布了结构类似的双模态消声器，在发动机低转速时阀门关闭构成共振腔以消减低频阶次噪声，而发动机高转速时阀门打开以降低排气背压值，同时此种消声器还具有结构简单以及体积小的优点，但是这种结构的双模态消声器难以对中高转速的阶次低频噪声进行控制。另外，专利CN202832729U中采用电控单元控制阀体的开闭，这在实际复杂的排气环境中是难以实现的，电控制单元难以承受高温。CN202370617U实用新型专利公布了另外一种结构的双模态消声器，但这种结构中的内插管结构会占用较大体积，且不发挥消声作用，同时内插管内的大的螺旋弹簧会增加消声器的重量。另外，此种结构也难以对中高转速的阶次低频噪声进行控制。

因此，有效控制发动机常用转速范围内排气噪声中的低频阶次噪声以提高排气噪声品质，同时兼顾降低排气背压值，是当下汽车排气消声系统设计的一个难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型的排气消声结构，利用该消声结构可以有效降低低转速以及中高转速工况下的排气阶次噪声（如四缸发动机的二、四、六阶噪声，六缸发动机的三、六、九阶噪声），同时使排气背压保持在较低水平。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型的排气消声结构，包括壳体、固定设置于所述壳体上并将所述壳体分隔成第一腔室和第二腔室的隔板，所述消声结构还包括管路结构，所述管路结构包括入口管、中间管、桥接管、出口管，所述入口管的一端位于所述壳体外，所述入口管的另一端穿过所述第一腔室直通所述第二腔室，在所述入口管位于所述第一腔室的管段上沿所述管段的圆周方向设有气流通孔；所述中间管的一端位于所述第一腔室内，所述中间管的另一端位于所述第二腔室内，在所述中间管位于所述第一腔室的管段末端设置有用于使所述中间管处于连通状态或阻塞状态的阀体结构；所述桥接管设置在所述第一腔室内，所述桥接管的一端与所述入口管相连通，所述桥接管的另一端与所述中间管相连通；所述出口管的一端位于所述壳体外，所述出口管的另一端位于所述第一腔室内。

所述第二腔室只通过所述隔板上的所述入口管和所述中间管与所述第一腔室相连通，形成带回流的共振结构。

所述入口管在位于所述气流通孔之后的管段与所述桥接管相连，所述桥接管的另一端与所述中间管相边接，形成消声回路，所述中间管的尺寸并不限制，根据实际匹配情况而定。

位于所述第一腔室内部的所述中间管末端焊接有所述阀体结构，所述阀体结构具有在气流的作用下可开启的阀片。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明的消声结构在发动机处于低转速时，气流较小，阀体结构处于关闭状态。此模式下，第二腔室与入口管、桥接管及中间管构成赫姆霍兹消声器，能够有效控制低转速下的低频阶次噪声。

（2）本发明的消声结构在发动机处于高转速时，气流较大，阀体结构处于开启状态，中间管有气流通过。此模式下，第二腔室与入口管及中间管构成回流式共振器，而桥接管的存在，使得这种回流结构主要消声频带仍处于低频范围，但要高于阀体结构处于关闭状态时的消声频带，从而能够有效消除高转速情况下的阶次噪声。另一方面，在发动机处于中高转速时，在气流的作用下，阀体结构处于开启状态，气体流通面积增加，能够有效降低背压，减小发动机的排气阻力损失。

（3）本发明的消声结构形式简单，体积小，因而成本较低。

附图说明

图1为本发明排气消声结构的结构示意图；

图2为本发明排气消声结构的阀体结构的示意图；

图3为图2中A-A向剖视示意图；

图中：1、入口管；2、气流通孔；3、隔板；4、壳体；5、桥接管；6、中间管；7、阀体结构；8、出口管；9、扭簧；10、芯轴；11、阀壳；12、阀片；13、金属毡垫；Ⅰ、第一腔室；Ⅱ、第二腔室。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

如附图1~3所示的排气消声结构，包括壳体4、固定设置于壳体4上并将壳体4分隔成第一腔室Ⅰ和第二腔室Ⅱ的隔板3以及管路结构，管路结构包括入口管1、中间管6、桥接管5、出口管8，其中，入口管1的一端位于壳体4外，入口管1的另一端穿第一腔室Ⅰ直通第二腔室Ⅱ，在入口管1位于第一腔室Ⅰ的管段上沿管段的圆周方向设有气流通孔2；中间管6的一端位于第一腔室Ⅰ，中间管6的另一端位于第一腔室Ⅰ，在中间管6位于第一腔室Ⅰ的管段末端设置有用于使中间管6处于连通状态或阻塞状态的阀体结构7；桥接管5设置在第一腔室Ⅰ内，桥接管5的一端与入口管1相连通，桥接管5的另一端与中间管6相连通，如图1所示，桥接管5位于气流通孔2之后的管段上；出口管8的一端位于壳体4外，出口管8的另一端位于第一腔室Ⅰ内。

如图1所示，第二腔室Ⅱ只通过隔板3上的入口管1和中间管6与第一腔室Ⅰ相连通，形成回流的共振结构。入口管1在位于气流通孔2之后的管段与桥接管5相连，桥接管5的另一端与中间管6相边接，形成消声回路。中间管6的尺寸并不限制，根据实际匹配情况而定。位于第一腔室Ⅰ内部的中间管6末端焊接有阀体结构7，阀体结构7具有在气流的作用下可开启的阀片12。在气流的作用下，阀体结构7的阀片12可以开启，增加气流流通面积，同时形成另一种消声回路。

具体实施时，如图2~3所示的阀体结构7，包括焊接在中间管6末端的阀壳11、与阀壳11相配合并在阀壳11内转动设置的阀片12，在阀壳11上设有能够在阀壳11上转动的芯轴10，阀片12焊接在芯轴10上。阀体结构7还包括设置于芯轴10上用于使阀片12趋于关闭状态的扭簧9，扭簧9的一端固定设置在阀壳11上，扭簧9的另一端固定设置在芯轴10上。

具体实施时，在阀片12的末端焊接有用于防止阀片12关闭时与阀壳11的硬冲击而产生噪音的金属毡垫13。另外，阀片12为弯折结构，保证阀片12在开启较小角度时，气流流通面积没有太大变化。

下面结合附图1~3详细说明本发明排气消声结构的工作原理：

当发动机处于低转速时，排气气流量较小，阀体结构7处于关闭状态。此种模式下，气流只有一条流通线路。气流从入口管1流入，经入口管1上的气流通孔2流入第一腔室Ⅰ，气流得以膨胀。第一腔室Ⅰ中的气流然后经收缩后从出口管8排出。此条线路近似构成了一个膨胀腔结构，在通过频率以外的频带内都有一定消声作用。由于阀体结构7处于关闭状态，因而入口管1后半段、桥接管5、中间管6以及第二腔室Ⅱ内基本无气流通过，构成了一个赫姆霍兹共振腔结构。由于阀体结构7中的阀片12弯折结构设计，在较宽的低转速范围内阀体结构7都基本处于关闭状态，从而保持了赫姆霍兹共振腔声学结构状态。而赫姆霍兹共振腔结构对低频噪声具有很强的消声效果，可以较好的消除低转速下的低频阶次噪声。

当发动机处于中高转速时，排气气流量较大，阀体结构7在气流的作用下处于开启的状态。此种模式下，气流有两条流通线路。第一条：气流从入口管1流入，小部分气流经入口管1上的气流通孔2流入第一腔室Ⅰ。第二条：气流从入口管1的后半段流入，一部气流经桥接管5直接流入中间管6，另一部分流入第二腔室Ⅱ内，再从第二腔室Ⅱ内经收缩流入中间管6中；气流经过中间管6，流过开启的阀体结构7，最终流入第一腔室Ⅰ。两条路径的气流都汇入第一腔室Ⅰ中，气流得以膨胀，然后第一腔室Ⅰ中的气体经收缩汇入出口管8中流出消声结构。其中第二条路径构成了带有桥接管5的回流式消声结构，能够有效消除低频噪声，但其消声中心频率要比低转速模式下的赫姆霍兹共振器的中心频率高，因而此模式下能够有效消除高转速情况的低频阶次噪声。同时，第二条路径大大增加了气流流通面积，从而降低了中高转速时的背压，减小发动机的排气阻力损失。

本发明排气消声结构，根据发动机的转速变化有两种不同的工作模式。两种工作模式都能形成消除低频噪声的声学结构形式，即这种排气消声结构能够根据转速变化跟踪消除排气低频阶次噪声，从而有效改善排气噪声的声品质。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型的排气消声结构，包括壳体、固定设置于所述壳体上并将所述壳体分隔成第一腔室和第二腔室的隔板，其特征在于：所述消声结构还包括管路结构，所述管路结构包括入口管、中间管、桥接管、出口管，所述入口管的一端位于所述壳体外，所述入口管的另一端穿过所述第一腔室直通所述第二腔室，在所述入口管位于所述第一腔室的管段上沿所述管段的圆周方向设有气流通孔；所述中间管的一端位于所述第一腔室内，所述中间管的另一端位于所述第二腔室内，在所述中间管位于所述第一腔室的管段末端设置有用于使所述中间管处于连通状态或阻塞状态的阀体结构；所述桥接管设置在所述第一腔室内，所述桥接管的一端与所述入口管相连通，所述桥接管的另一端与所述中间管相连通；所述出口管的一端位于所述壳体外，所述出口管的另一端位于所述第一腔室内。

2.根据权利要求1所述的排气消声结构，其特征在于：所述第二腔室只通过所述隔板上的所述入口管和所述中间管与所述第一腔室相连通，形成带回流的共振结构。

3.根据权利要求1所述的排气消声结构，其特征在于：所述入口管在位于所述气流通孔之后的管段与所述桥接管相连，所述桥接管的另一端与所述中间管相边接，形成消声回路，所述中间管的尺寸并不限制，根据实际匹配情况而定。

4.根据权利要求2所述的排气消声结构，其特征在于：位于所述第一腔室内部的所述中间管末端焊接有所述阀体结构，所述阀体结构具有在气流的作用下可开启的阀片。

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