CN105156176B - 消音器 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机驱动车辆排气系统的消音器，包括气密性外壳、设置在所述外壳内的至少一个分隔墙、至少一个入口管、至少一个第一出口管、至少一个可切换第二出口管和至少一个共振器管。所述至少一个分隔墙将所述外壳的内部分为第一体积和与所述第一体积分开的第二体积。所述至少一个入口管和至少一个第一出口管和至少一个可切换第二出口管和至少一个共振器管与第一体积流体连通。所述至少一个共振器管还与所述第二体积流体连通，从而提供所述第一体积和第二体积之间的流体连通。所述至少一个第二出口管经过第二体积，且至少在其穿过至少一个分隔墙的部分中，位于在该部分中圆周方向上完全包围第二出口管的至少一个共振器管内。

Description

消音器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月4日在德国提交的专利申请号102014107907.8的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器。
背景技术
不论什么类型的内燃发动机(例如往复式活塞发动机、无活塞旋转式发动机或无活塞发动机)，由于接连执行行程(stroke)(特别是燃料-空气混合物的吸入和压缩、燃烧的燃料-空气混合物的燃烧和排出)都会产生噪音。该噪音以固体传声的形式通过内燃发动机传播，和以空气传声的形式在内燃发动机外部散出。该噪音还以空气传声的形式与燃烧的燃料-空气混合物一起通过与内燃发动机流体连通的排气系统行进。由于这一点，源自内燃发动机的噪音中还增加了流噪声。通过排气系统的噪音称为排气噪声。
该噪音常被认为是不利的。有关于被制造商观察到的内燃发动机驱动车辆的噪音防护的法律规定。这些法律规定通常规定了车辆运行的最大声压。此外，制造商也试图将特征噪声排放赋予给其生产的内燃发动机驱动车辆，该噪声排放符合各制造商的想象且受消费者的欢迎。当今具有小位移的发动机常不能自然的产生这种预期特征噪声。
以固体传声的形式通过内燃发动机传播的噪音可被相当好地消音，且因此一般是没有问题的，直到开始关注噪音防护。
通过位于排气系统排出口前和催化转化器(如果有的话)下游的排气消声器降低了以空气传声的形式与燃烧的燃料-空气混合物一起通过内燃发动机排气系统的噪音。例如，各消音器可按照吸收和/或反射原理工 作。其中，使用根据亥姆霍兹(Helmholtz)共振器原理运行的共振吸收器。
亥姆霍兹共振器由包围空气体积(volume)的主体组成，该主体包括具有将空气体积与周边环境连通的开口的共振器颈部。由于共振器颈部中的开口，空气体积没有完全被主体包围，而是可被认为被分为了空气的第一和第二子体积。该空气第一子体积由共振器颈部的几何结构限定，并从共振器颈部中的开口沿共振器颈部的整个长度延伸。因此空气第一子体积的大小取决于共振器颈部的横截面和长度。该共振器颈部的横截面可沿共振器颈部的长度变化或保持不变。该共振器颈部还可以是直线的或弯曲的。空气第二子体积与空气第一子体积在主体内直接邻接，从而共振器颈部将其与主体开口分开。比空气第一子体积大的空气第二子体积由除共振器颈部外的主体几何结构限定。在空气第一和第二子体积的过渡处，例如，主体壁中可以有开口或主体壁弯曲迹象将改变。主体内空气体积的弹性与共振器颈部中存在的空气的惯性质量结合形成力学质量-弹簧系统。受限于空气体积的形状，质量-弹簧系统具有一个(对于球形)共振频率(固有频率)或一些(对于与球形不同的形状)共振频率(固有频率)。固有频率尤其取决于所包围空气体积的大小、共振器颈部中开口的横截面面积、共振器颈部的长度和依赖于口形状和配置的(例如，圆形的、有角形状的、裂隙状的)口调整因素。
两种运行方式(吸收和/或反射原理)均缺乏对通过排气系统并随内燃发动机变化速度而变化的噪音的频率谱的任何适应性。因此用常规消音器消音很少能实现最佳噪音。通过排气系统的排气的流阻为两种运行方式都带来一个问题。当设计用于内燃发动机高速时最大排气气流的消音器时，噪音消音常常不够。当设计用于内燃发动机中速时平均排气气流的消音器时，将会导致流阻显著增加，并因此较高发动机速度时内燃发动机的消耗显著增加。
由欧洲专利EP 1760279B1已知一种消音器，其中可切换消音器管与消音系统声学上联接，从而消音系统被启用，即对于打开的和关闭的管 都具有其各自的消音效果，但对于打开的管的消音特性与对于关闭的管的不同。通过该设计，可切换管在其关闭状态也形成有效消音系统的部分，而当打开时该管改变其消音特性，但仍保持启用。
可由US3613830、US4501341和US5602368已知按照亥姆霍兹共振器原理运行的消音器。由US2112964和DE102008062014A1已知其它消音器。
发明内容
实施例涉及用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器，包括具有亥姆霍兹体积和亥姆霍兹管的亥姆霍兹共振器，该亥姆霍兹共振器在至少两种不同的共振频率(固有频率)之间切换。
用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器的实施例包括气密性外壳、设置在外壳内的至少一个分隔墙、至少一个入口管、至少一个出口管(第一种出口管)、至少一种优选可切换的第二出口管(第二种出口管)和至少一种共振器管。该至少一个分隔墙将外壳内部分为第一体积和与第一体积分开的第二体积。该至少一个入口管以及至少一个第一出口管、至少一个第二出口管和至少一个共振器管与第一体积流体连通。该至少一个共振器管也与第二体积流体连通，并因此一起提供了第一和第二体积之间的流体连通。该至少一个第二出口管经过第二体积，且至少和其穿透该至少一个分隔墙的部分设置在共振管内部。在沿至少一个第二出口管的纵向方向的第二出口管穿透至少一个分隔墙的部分中，该至少一个共振器管相应地完全包围圆周方向的至少一种第二出口管。而且，该至少一个第一出口管可选地可穿过第二体积和至少一个分隔壁。因此通过第二出口管和共振管器之间形成的环状间隙至少在一个部分中提供第一和第二体积之间的流体连通。假如存在多个共振器管和第二出口管，在沿至少一个第二出口管的纵向方向的第二出口管穿透至少一个分隔墙的部分中，可通过一个共振器管包围每个第二出口管。
由此可直接地即无需流过其它组件(具体而言，管)，或间接地即通过流过其它组件(具体而言，管)提供各流体连通。
术语“气密性外壳”明确地包括由至少一个入口管、至少一个第一 出口管和至少一个第二出口管穿过的外壳壁，借此，可在外壳壁中提供适合的开口用于该目的。在这种情况下，至少一个入口管、至少一个第一出口管和至少一个第二出口管密封在对外壳壁气密的开口中。因此外壳的第一体积易通过该至少一个入口管、至少一个第一出口管和第二出口管由外部间接进入，而外壳的第二体积易通过第一体积和共振器管由外部间接进入。因此可通过该至少一个入口管向第一体积供给流体特别是排气，然后该排气通过至少一个第一出口管和第二出口管从第一体积并因而从外壳排出。。除了共振器管之外，由于第二体积被关闭，即使当第一体积充满流体时，第一和第二体积之间也只有很少的气体交换。
外壳内提供的第二体积的大小恒定，并形成亥姆霍兹体积。提供第一体积和第二体积之间的流体连通的共振器管形成亥姆霍兹管。因此由第二体积和共振器管形成的亥姆霍兹共振器的共振频率(固有频率)尤其取决于形成亥姆霍兹管的共振器管的有效长度。
通过在共振器管内设置第二出口管的纵向部分，如果以正确的方式设置第二出口管和共振器管，可通过连接和断开第二出口管来改变形成亥姆霍兹管的共振器管的有效体积。共振器管的有效体积由外壳内第一和第二体积之间的立式气柱的尺寸限定。所述立式气柱的尺寸可在响应被连接或断开的第二出口时变化。因此该立式气柱可整个或部分地设置在共振器管内，且还可包括第一和第二体积之间的第二出口管的部分。此处“连接(connecting)”指的是第二出口管是打开的，允许流体特别是排气通过，而“断开(disconnecting)”指的是第二出口管是关闭的，阻止流体特别是排气通过。这样，由第二体积和共振器管形成的共振器可在至少两种不同共振频率(固有频率)之间切换。连接或断开第二出口管也改变消音器的流阻。
因此，本发明的结构允许同时通过改变共振频率(固有频率)来改变消音特性以及通过连接和断开第二出口管来改变消音器的流阻。相应地，可根据其消音特性并同时根据其关于内燃发动机两种不同操作条件的流阻来调整消音器。能使经过消音器的排气噪音更好地消音，以及使内燃发动机燃料消耗降低。
在本文中，可配置入口管用于与内燃发动机流体连通，和可配置第 一和第二出口管用于与排气系统的尾管流体连通。或者，可配置入口管用于与排气系统的尾管流体连通(其结果是入口管表现出出口管的功能)，和可配置第一和第二出口管用于与内燃发动机的流体连通(其结果是第一和第二出口管表现出入口管的功能)。
根据本发明的第一实施例，第二出口管设置在整个共振器管长度的共振器管内，和第二出口管的壁包括在其被共振器管包围的部分中的开口。该部分可完全位于第一体积内，完全位于第二体积内或部分位于第一和部分位于第二体积内。在此，第二出口管可延伸到共振器管外，并进入第一体积。当第二出口管断开(关闭)时，共振器管内壁和第二出口管外壁之间的环状间隙作为整个共振器管长度上的亥姆霍兹管。此外，当第二出口管断开(关闭)时，通过共振器管和第二出口管之间的环状间隙和第二出口管中的开口与第二体积流体连通的另一立式气柱位于第一和第二体积之间的第二出口管内，从而甚至第二出口管的一部分作为亥姆霍兹管。当第二出口管连接(打开)时，由位于外壳的第二体积中的共振器管端向其内设置有开口的第二出口管的那部分延伸的共振器管的一部分形成主要作为亥姆霍兹管的部分。
根据上述消音器的第二实施例，入口管和第二出口管一体成形，形成单件管(single-piece pipe)。单件管的壁还包括在一部分中的开口，该部分中单件管位于第一体积内且不在共振器管的内部(即在外部)，并因此没有在圆周方向上被共振器管包围。可将流体特别是排气通过这些开口供给至第一体积。单件管的壁还进一步包括在第二部分中的开口，该第二部分中单件管位于共振器管内，并因此在圆周方向上被共振器管包围。该第二部分可完全设置在第一体积中，完全设置在第二体积中，或部分设置在第一和部分设置在第二体积中。当第二出口管断开(关闭)时，共振器管内壁和单件管外壁之间的环状间隙作为整个共振器管长度上的亥姆霍兹管。此外，当第二出口管断开(关闭)时，另一立式气柱位于第一和第二体积之间的单件管内，该立式气柱通过共振器管和单件管之间的环状间隙和单件管中的开口与第一和第二体积流体连通，从而单件管的一部分作为亥姆霍兹管。当第二出口管连接(打开)时，由位于外壳的第二体积内的共振器管端向其中形成有开口的第二出口管的第 二部分延伸的共振器管的一部分主要作为亥姆霍兹管。
根据第一以及第二实施例，可选地，共振器管可包括位于第一体积内并以气密性方式与第二出口管或单片管联接的一端。然后仅在穿过第二出口管或单件管与共振器管之间形成的环状间隙的一个部分，和穿过第二出口管或单件管中的开口和穿过第二出口管或单件管的另一部分中提供第一和第二体积之间的流体连通。
根据上述消音器的第三实施例，共振器管包括第一部分，其中共振器管位于第一体积内且避开第二出口管(因此第二出口管没有在圆周方向上被共振器管包围)，和第二部分，其中共振器管容纳该第二出口管。相应地，第二出口管的一个口位于共振器管内并与设置在外壳第一体积内的共振器管的一端隔开，从而第二出口管端在共振器管内终止。明显地，然后该第二部分位于沿流体特别是排气的流动处，当第二出口管连接(打开)时，该流体特别是排气流经第一部分的第二出口管下游。换言之，第二部分位于比第一部分更接近第二体积处。在此，第二部分可完全位于第一体积内，完全位于第二体积内或部分位于第一和第二体积内。当第二出口管断开(关闭)时，共振器管作为其整个长度上的亥姆霍兹管。在共振器管的第二部分中，仅共振器管和第二出口管之间形成的环状间隙有助于第一和第二体积之间的立式气柱，而在共振器管的第一部分中，共振器管的整个内径加到第一和第二体积之间的立式气柱上。当第二出口管连接(打开)时，由位于外壳第二体积内的共振器管端向第二出口管口延伸的的共振器管的一部分作为亥姆霍兹管。
根据第三实施例，而且可选地，入口管口可设置在共振器管内。此外，共振器管的一个壁在共振器管避开第二出口管的部分中，可没有开口。可替换地或另外地，共振器管的一个壁可选地可在共振器管避开第二出口管的部分中有开口。
根据上述消音器的第四实施例，共振器管和入口管一体成形，形成单件管。该单件管通向第二体积。单件管的壁包括在单件管经过第一体积的第一部分中的开口，该开口提供入口管和第一体积之间的液体连通。该单件管壁至少在单件管包围第二出口管的第二部分中没有开口。可选地，单件管的壁包括至少在单件管包围第二出口管的第三部分中的开口。 明显地，然后沿流经第一部分的单件管下游的液体特别是排气的流动设置第二部分。
根据第三和第四实施例，第二出口管的壁在共振器管包围其的部分中有开口。
与第一至第四实施例一致的上述消音器的实施例可选地还可包括设置在消音器外壳内部或外部的第二出口管中的挡板(flap)，该挡板被配置用来根据选择关闭第二出口管。而且，可选地，可提供与或适合与控制器特别是发动机控制单元联接的电动机，用于选择性打开或关闭挡板。特别地，打开和关闭该挡板可受车辆内燃发动机速度或负荷的影响。作为使用电动机的替换方案，也可气动地或液压地操作该挡板，通过施加例如负压将该挡板移进打开位置。或者，该挡板可选地可偏置在其例如使用弹簧关闭第二出口管的位置，这样选择偏置力，从而当由排气施加给挡板的压力与预定值相等时，克服偏置力而打开挡板。
根据实施例，第一出口管的外壁以气密性的方式与至少一个分隔墙连接。
根据实施例，共振器管的外壁以气密性的方式与至少一个分隔墙连接。
根据实施例，共振器管包围第二出口管的部分中，径向支撑设置在第二出口管外壁和共振器管内壁之间，第二出口管通过该径向支撑来支撑共振器管。因此第二出口管和共振器管之间的环状间隙几次部分被支撑关闭。
根据实施例，入口管与第一出口管或第二出口管对齐。该对齐能使流阻进一步降低。
实施例还包括至少一个第二分隔墙，其限定设置在外壳中第一和第二体积之间的第三体积，该第三体积调节隔音。然后可以可选地，共振器管和若适用，至少一个第一出口管和第二出口管中的至少一种穿过至少一个第一和至少一个第二分隔墙。
根据实施例，共振器管的横截面沿其整个长度是不变的。
根据实施例，共振器管的横截面沿共振器管的长度变化，且特别地，在口周围增大。
根据实施例，至少一个第一出口管的横截面沿其整个长度是不变的。
根据实施例，至少一个第一出口管沿第一出口管的长度变化，且特别地，在口周围增大。
根据实施例，第二出口管的横截面沿其整个长度是不变的。
根据实施例，第二出口管的横截面沿第二出口管的长度变化，且特别地，在口周围增大。
横截面的变化可例如通过逐步地或连续地使各管变宽或变细和/或通过扩大各管的口部分而实现。
根据实施例，第一和第二出口管通过连接件在挡板下游连接，形成单出口管。该连接件可设置在外壳内部或外部。
根据实施例，至少一个第一出口管经过第二体积和至少一个分隔墙，且至少一个第一出口管的壁至少在至少一个第一出口管经过第二体积的部分中没有开口，或至少一个第一出口管的壁至少在至少一个第一出口管经过第二体积的部分有开口。
根据实施例，第二出口管的壁至少在第二出口管经过第二体积的部分中没有开口，或第二出口管的壁至少在第二出口管经过第二体积的部分处有开口。
根据实施例，共振器管的壁至少在共振器管位于第二体积内的部分中没有开口，或共振器管的壁至少在共振器管位于第二体积内的部分中有开口。
根据实施例，入口管经过第二体积，且入口管的壁至少在入口管经过第二体积的部分中没有开口，或入口管至少在入口管经过第二体积的部分中有开口。
根据实施例，至少一个第一和/或第二分隔墙没有开口，或至少一个分隔墙有开口。
根据实施例，外壳由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个分隔墙由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个第一入口管由不锈钢或钢板制成，或所有入口管由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个第一出口管由不锈钢或钢板制成，或所有第 一出口管由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个第二出口管由不锈钢或钢板制成，或所有第二出口管由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个共振器管由不锈钢或钢板制成，或所有共振器管由不锈钢或钢板制成。
根据实施例，至少一个入口管在外壳内是直的，或所有入口管在外壳内是直的。
根据实施例，至少一个第一出口管在外壳内是直的，或所有第一出口管在外壳内是直的。
根据实施例，至少一个第二出口管在外壳内是直的，或所有第二出口管在外壳内是直的。
根据实施例，至少一个共振器管是直的或所有共振器管是直的。
根据实施例，恰好提供一个第二出口管。
根据实施例，恰好提供一个共振器管。
根据实施例，词条管在一个体积或位置中终止将以一种方式解释，即管口位于所述体积中或位于所述位置。
在本文中，注意本说明书中和权利要求书中所用的用于列出特征的术语“包括(including)”、“包含(comprising)”、“含有(containing)”、“具有(having)”和“有(with)”以及其语法变体一般被认为指定一份非详尽特征清单，诸如，例如方法步骤、组件、范围、尺寸等，且并不排除一种或多种其它特征或其它或额外的特征组的存在或加入。
附图说明
本发明的上述和其他优势特征从参照附图的下列典型实施例的详细说明中将变得更加明显。值得注意的是并不是所有可能的实施例必然展现出每一个或任何在此确认的优点。在本发明的典型实施例的下列说明中，参照了附图，其中
图1示出根据第一实施例的消音器的高度简化示意图，
图2示出根据第二实施例的消音器的高度简化示意图，
图3示出根据第三实施例的消音器的高度简化示意图，
图4示出根据第四实施例的消音器的高度简化示意图，
图5示出根据第五实施例的消音器的高度简化示意图，
图6示出根据第六实施例的消音器的高度简化示意图，
图7示出根据第七实施例的消音器的高度简化示意图，
图8示出使用根据本发明的实施例的消音器的排气系统的高度简化示意图，
图9A至图9M示出根据第八至第二十实施例的消音器的高度简化示意图。
具体实施方式
在下面描述的典型实施例中，功能和结构相似的组件尽可能用相同的参考数字表示。因此，为了理解具体实施例的独立部件的特性，应该参考其他实施例和本发明的概述的说明。
图1说明根据本发明的消音器的第一实施例。
消音器1包括由不锈钢制成的气密壳体2，在气密壳体2内部，由不锈钢制成的分隔墙31界定第一体积(volume)41和第二体积42,第二体积42通过分隔墙31与第一体积隔开。不锈钢入口管51穿透壳体2的壁并在具有扩口(即横截面朝向末端增加)的第一体积41内结束。第一出口管61和第二出口管7穿透壳体2的壁和分隔墙31，且也穿过第二体积42。第一出口管61和第二出口管7的扩口位于第一体积内部。第一出口管61和第二出口管7也由不锈钢制成。第一出口管61以直线穿过第二体积42和分隔墙31，且在壳体2内部的第一出口管61的壁没有开口(除了设置在第一体积内部的端口之外)。而且，第一出口管61和共振器管8的外壁通过点焊连接到分隔墙31(因此不以气密方式)，且入口管51与第二出口管7和和共振器管8对齐。
在壳体2的外面，不锈钢挡板10设置在第二出口管7的内部。通过使用电动机11，挡板可以选择性地移动到挡板10关闭第二出口管7的位置，从而使其停用(deactivate)，且可移动到挡板10不关闭第二出口管7的位 置，从而使其启用(active)。控制线将电动机11连接到发动机控制单元16，以驱动电动机11承受内燃发动机(未示出)的至少一个速度和负载。代替电动机，可为挡板10的控制操作另外提供液压或气动系统。
不锈钢共振器管8也可以设置在壳体2的内部，以便共振器管穿透分隔墙31并在第二出口管7完全在具有径向间距的圆周方向穿透至少一个分隔墙31的部分围绕第二出口管7。第二出口管7因此是其穿透分隔墙31、位于直线共振器管8内部的部分。第二出口管7据此穿过共振器管8的整个长度并超过共振器管8突出进入第一体积41的内部。
第一出口管61和第二出口管7的横截面沿着管的轴向变化，并且尤其在端口的周围增加。并且，入口管51的横截面沿着管的纵向延伸变化，且在端口区域增加，而共振器管8的横截面沿着管的纵向延伸保持不变。
共振器管8由在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙提供第一体积41和第二体积42之间的流体窜槽(fluid communication)。
在位于共振器管8的内部的部分中，第二出口管7在其壁中具有开口91，所述开口对于分隔墙31部分位于第一体积41一侧且部分位于第二体积42一侧。然而，共振器管8沿其延伸的整个长度没有任何开口(除了共振器管的端口之外)。并且，第二出口管7由在第二出口管7的外壁和共振器管8和开口91的内壁之间形成的环形间隙提供第一体积41和第二体积42之间的流体窜槽。
而且，除了管穿过的这些开口之外，分隔墙31沿其整个延伸没有开口。
第二体积42因此形成亥姆霍兹(Helmholtz)体积，共振器管8的环形间隙是第一亥姆霍兹管，开口91和环形间隙附近的第二出口管7是第二亥姆霍兹管，并且亥姆霍兹管连同亥姆霍兹体积形成亥姆霍兹共振器。
位于非密封第一体积41和密封第二体积42之间的气柱的体积构成亥姆霍兹共振器的固有频率(共振频率)的关键特征。立式气柱的体积取决于各自的亥姆霍兹管的长度和横截面。
各自有效的亥姆霍兹管的长度L1、L1'、L2取决于挡板10是打开的或关闭的，并因此取决于第二出口管7是启用的或关闭的(inactive)。
对于挡板10是打开的并且第二出口管7因此是启用的，第一亥姆霍兹管的有效长度L2限于在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的部分。该环形间隙的部分起始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口，并在共振器管8的纵向延伸直到第二出口管7具有开口91的位置。当挡板10打开时，第二亥姆霍兹管是未启用的，因此表明没有有效长度，因为没有立式气柱形成在第二出口管7的内部。由于这，当挡板10打开时，亥姆霍兹共振器仅有一个固有频率。
对于挡板10是关闭的并且第二出口管7因此是停用的，第一亥姆霍兹管的有效长度L1沿在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的整个长度延伸，由此越过共振器管8的整个长度。当挡板关闭时，第二亥姆霍兹管的有效长度是L1'，其起始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口，并首先沿环形间隙延伸直到第二出口管7具有开口91的位置。第二亥姆霍兹管的有效长度L1'进一步延伸通过开口91直到位于第一体积41内部的第二出口管7的端口。明显地，第二亥姆霍兹管的立式气柱的横截面沿着有效长度L1'变化，因为从第二体积42开始，起初只有形成在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间的环形间隙有助于第二亥姆霍兹管的立式气柱，更进一步地，然而，第二出口管7的整个内径有助于第二亥姆霍兹管的立式气柱。由于此，当挡板10关闭时，亥姆霍兹共振器具有至少两个不同的固有频率。
对于挡板10打开的第一亥姆霍兹管的有效长度L2比对于挡板10关闭的第一和第二亥姆霍兹管的有效长度L1、L1'更小，因此第二出口管7停用。这导致由第二体积42和第一和第二亥姆霍兹管形成的亥姆霍兹共振器的固有频率受制于第二出口管7的操作状态而改变。
下面参照图2描述根据本发明的消音器的第二实施例。为了避免任何重复，将说明与上述第一实施例的主要区别，且对于其余的将参考上述实施例。
第二实施例与上述第一实施例不同，首先，不仅提供有一个入口管51，而且如同第一入口管51的第二入口管52穿透壳体2的壁并结束于第一体积41中。不同于上述第一实施例，两个入口管51、52和所有出口管61、7的横截面至少在壳体2的内部是不变的，因此管在其端口的区域中未张开(flare)。在第二实施例中，弹簧偏置挡板(spring biases flap)10到使其成为在单独的压力施加下可自动打开的无源元件的闭合位置，从而自动启用或关闭第二出口管7。在第二实施例中，共振器管8在其定位在第一体积41内部的端口通过焊缝13以气密的方式连接到第二出口管7，在第二出口管7和共振器管8之间的环形间隙因此在这个位置关闭。在这个实施例中，第一体积41和第二体积42之间的流体连接件和亥姆霍兹共振器的亥姆霍兹管因此沿第二出口管7的部分设置在通过共振器管8和第二出口管7之间的环形间隙的部分中和通过开口91的部分中。
在第二实施例中，在挡板10的每个操作状态中仅有一个位于第一体积41和第二体积42之间的气柱形成，因此在每种情况下仅有一个亥姆霍兹共振器形成。因此，对于挡板10关闭和对于挡板10打开，亥姆霍兹共振器具有不同的固有频率。
对于挡板10打开且第二出口管7因此启用，亥姆霍兹管沿在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的有效长度L2限于在位于第二体积42内部的共振器管8的端口和第二出口管7具有开口91的位置之间的部分。
对于挡板10关闭，亥姆霍兹管具有有效长度L1，该有效长度L1开始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且起初沿环形间隙延伸直到第二出口管7具有开口91的位置。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1更进一步地延伸通过开口91直到位于第一体积41内部的第二出口管7的端口。
在第二实施例中，两个入口管51、52，第一出口管61和第二出口管62在壳体内部是直线的。
下面将参照图3描述根据本发明的消音器的第三实施例。在这里为了 避免任何重复，也将说明与上述第一或第二实施例的主要区别，而对于其余的将参考上述实施例。
根据第三实施例的消音器1不同于根据第一实施例的消音器1，尤其是不同于上述第一和第二实施例的在第三实施例中使用的无源挡板10不是设置在壳体2的外部而是壳体2内部第二出口管7的内部。此外，废气的流动方向反转，以便第一和第二出口管7、61与内燃发动机在流体窜槽中，且入口管51与排气系统的尾管在流体窜槽中。而且，不同于第一实施例，共振器管8的横截面沿其整个纵向延伸不是恒定的而是在其端口区域随着其横截面在这些区域增加而张开。此外，在该实施例中，第二出口管7借助于多个沿第二出口管7的圆周方向隔开的径向支撑14来支撑共振器管8。不同于上述第一和第二实施例，第二出口管7并不完全穿过共振器管8，导致第二出口管7的端口位于共振器管8的内部并且共振器管8越过第二出口管7突出进入第一体积41的内部。此外，第二出口管7的壁如同共振器管的壁一样没有开口。
当挡板10打开且因此第二出口管7启用，亥姆霍兹管的有效长度L2限于在第二出口管7和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的长度。该环形间隙在位于第二体积42内部的共振器管8的端口和位于共振器管8内部的第二出口管7的端口之间延伸。
对于挡板10关闭，亥姆霍兹管具有有效长度L1，该有效长度L1开始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且最初沿环形间隙延伸直到位于共振器管8内部的第二出口管7的端口。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1更进一步地延伸直到位于第一体积41内部的共振器管8的端口。由于共振器管8的扩口，环形间隙的横截面和共振器管8的横截面沿共振器管8的长度而变化。
根据第二出口管7的操作状态，由此形成的亥姆霍兹共振器的亥姆霍兹管具有两个不同的长度L1和L2以及两种不同的横截面，并且由此形成的亥姆霍兹共振器因此可以在(至少)两种不同的固有频率之间调整。
下面将参照图4描述根据本发明的消音器的第四实施例。为了避免重 复，将说明与上述第一到第三实施例的主要区别，并且对于其余的将参考上述说明。
图4示出的第四实施例与上述实施例的主要不同是提供了另一不锈钢分隔墙32，分隔墙32限定了充满隔音且位于第一体积41和第二体积42之间的第三体积43。第一出口管61和第二出口管7在此不仅以气密的方式穿透壳体2的壁，而且以滑动配合穿透第一分隔墙31和第二分隔墙32。而且，在实施例中示出的端口是张开的以导致增大的横截面且位于壳体42内部的共振器管8以滑动配合穿透第一分隔墙31和第二分隔墙32。在所示的实施例中，入口管51和出口管7整体形成。由此形成的单片式管的壁具有开口92，开口92在第一体积41内部该管未被共振器管8围绕的部分，这使得流体能够在入口管51内部流动以进入第一体积41中。由入口管51和第二出口管7整体形成的管进一步在位于共振器管8内部的部分也具有开口91。在开口91和92之间，由入口管51和第二出口管7整体形成的管包括具有改进的且在目前情况下缩小的直径的部分，该部分充当节流阀。在图4和图5-6中，为了简化没有示出用于电动机11的控制器。很显然，由入口管51和第二出口管7整体形成的管和第一分隔墙31和第二分隔墙32之间的滑动配合是通过共振器管8实现的。因此，由入口管51和第二出口管7整体形成的管和第一分隔墙31和第二分隔墙32之间不需要直接接触。
如在第一和第二实施例中，对于挡板10打开且第二出口管7因此启用的亥姆霍兹管的有效长度L2限于沿在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的部分，该部分位于设置在第二体积42内部的共振器管8的端口和由入口管51和第二出口管7整体形成的管具有开口91的位置之间的部分。
当挡板10关闭时，第一亥姆霍兹管的有效长度L1沿在由入口管51和第二出口管7整体形成的管的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的整个长度且因此沿共振器管8的整个长度延伸。此外，随着挡板10关闭，第二亥姆霍兹管具有有效长度L1'，其起始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且最初沿环形间隙延伸直到由入口管51和第二出口管7 整体形成的管具有开口91的位置。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1更进一步地延伸通过由入口管51和第二出口管7整体形成的管内部的开口91直到由入口管51和第二出口管7整体形成的管具有开口92的位置。
如同在第一实施例中，因此形成的亥姆霍兹共振器的立式气柱的体积受制于位于第二出口管7内部的挡板10是打开或关闭而变化，导致亥姆霍兹共振器的固有频率是可切换的。
参照图5，下面将描述根据本发明的消音器的第五实施例，为了避免重复，将参考上述第一到第四实施例的说明且将说明主要区别。
第五实施例与上述第三实施例的不同尤其在于入口管51的端口设置在共振器管8内部，且共振器管8也由入口管51借助于在入口管51的周向方向隔开的径向支撑15来支撑。不同于第三实施例，共振器管8的端口没有张开，因此共振器管8的横截面沿其整个纵向延伸是恒定的。相应地，在该实施例中，第一体积41接收流体，尤其是来自共振器管8和入口管51之间的环形间隙的通过入口管51流动的废气。
随着挡板10打开且第二出口管7因此启用，亥姆霍兹管的有效长度L2限于在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间的环形间隙的长度。该环形间隙从位于第二体积42中的共振器管8的端口延伸直到位于共振器管8内部的第二出口管7的端口。
当挡板10关闭时，亥姆霍兹管的有效长度L1开始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且最初沿环形间隙延伸直到位于共振器管8内部的第二出口管7的端口。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1更进一步地延伸直到位于共振器管8内部的入口管51的端口的前面的位置。相应地，最初仅环形间隙的横截面以及随后共振器管8的横截面有助于位于第一和第二体积41、42之间的亥姆霍兹管中的气柱。
由亥姆霍兹管和第二体积42形成的亥姆霍兹共振器的立式气柱的体积可以用由电动机11操作且位于壳体2内部第二出口管7内部的挡板10来调整，导致亥姆霍兹共振器具有(至少)两个可切换的固有频率。
下面参照图6描述根据本发明的消音器的第六实施例。为了避免任何重复，将主要说明与上述第五实施例的区别，并且对于其余的将参考上述实施例。
根据第六实施例的消音器1不同于上述第五实施例，尤其在于共振器管8和入口管51之间的环形间隙是借助于焊缝13密封的。环形节流器可以作为焊缝13的一种选择。作为交换，共振器管8在没有被第二出口管7穿透的部分设置有开口93，开口93使流体能够穿过入口管51以被引入体积41中。在图6所示的实施例中，第二出口管7也具有在其壁中形成的开口91。
随着挡板10打开且第二出口管7因此被启用，亥姆霍兹管的有效长度L2限于沿在第二出口管7的外壁和共振器管8的内壁之间形成的环形间隙的位于设置在第二体积42内部的共振器管8的端口和第二出口管7具有端口91的位置之间的部分。
当挡板10关闭时，亥姆霍兹管的有效长度L1开始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且最初沿环形间隙延伸直到位于共振器管8内部的第二出口管7的端口。在开口91周围的区域中，不仅环形间隙而且第二出口管的横截面有助于位于亥姆霍兹管中的气柱。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1进一步在共振器管8内部延伸直到共振器管8的开口93。
因此形成的亥姆霍兹共振器的亥姆霍兹管8的有效长度L1、L2和有效横截面取决于设置在第二出口管7内部的挡板10是打开或关闭的，导致亥姆霍兹共振器在(至少)两个固有频率之间是可切换的。
下面参照图7描述根据本发明的消音器的第七实施例。为了避免任何重复，将说明与上述第六实施例的主要区别，并且对于其余的将参考上述说明。
根据第七实施例的消音器1包括与入口管5整体形成的共振器管8，其穿过壳体2的壁和分隔墙31并结束于第二体积42内部。在第一体积41内部未出现第二出口管7的部分中，与入口管51整体形成的共振器管8包括允 许流体通过的开口93，尤其是通过入口管51流动以进入第一体积41中的废气。与入口管51整体形成的共振器管8的壁在第二出口管7位于与入口管51整体形成的共振器管8内部的部分中没有排出口。在所示的实施例中，设置有两个第一出口管61和62，其中一个第一出口管在设置在第二出口管7内部的挡板10的下游位置通过连接件连接至第二出口管7，以形成单一共同的出口管。作为选择，所有出口管也可以在设置在第二出口管7内部的挡板10的下游互相连接。
随着挡板10打开，亥姆霍兹管的有效长度L2开始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且通过环形间隙(在与入口管51整体形成的共振器管8和第二出口管7之间)延伸直到位于振器管8内部的第二出口管7的端口。因此，随着挡板10打开，仅环形间隙有助于立式气柱。
随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1起始于位于第二体积42内部的共振器管8的端口且最初沿环形间隙(在与入口管51完整形成的共振器管8和第二出口管7之间)延伸直到位于共振器管8内部的第二出口管7的端口。随着挡板10关闭，亥姆霍兹管的有效长度L1更进一步地延伸至共振器管8内部直到共振器管8的开口93。
根据在该实施例中配置为无源挡板的挡板10打开或关闭，因此在打开的第一体积41和密封的第二体积42之间形成的亥姆霍兹共振器的立式气柱的有效长度和有效横截面以及因此的体积是可切换的，以便亥姆霍兹共振器的各自的固有频率也改变。值得注意的是，即使在该实施例中出口管之间的连接件位于壳体2的外部，但同样也可以位于壳体2的内部。
参考图8，下面将描述使用根据上述实施例之一的消音器的排气系统的实施例。
来自内燃发动机17的废气通过催化转化器18和入口管51进入上述一个消音器1的壳体2。挡板10的下游位于第二出口管7内部，在所示实施例中挡板构成一般排气系统的部分而不是消音器1的部分，第一出口管61和第二出口管7在废气通过尾管排出之前通过Y型管连接。在所述实施例中，发动机控制单元19根据内燃发动机17的分别的速度控制电动机11对挡板 10进行操作。
尽管上文使用术语“亥姆霍兹管”表示立式气柱形成在打开的第一体积和密封的第二体积之间的区域，但是该术语应理解为其功能意义而不是限制方式(如，限于物理管)。因此，亥姆霍兹管可以具有任何横截面，尤其是沿亥姆霍兹管变化的横截面。
而且，可以想到上述使用的术语“环形间隙”不限于圆形横截面的间隙，而是也包括椭圆形或矩形横截面的间隙。此外，间隙在圆周方向可以是连续的，但在圆周方向或者也可以是不连续的。
尽管本发明描述了特定的典型实施例，但是许多替代选择、修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，在此提出的本发明的典型实施例旨在说明而不以任何方式起限制作用。在不脱离本发明权利要求所限定的主旨和范围的情况下，可以做出各种改变。

Claims (20)

1.一种用于内燃发动机驱动车辆排气系统的消音器，包括：
气密性外壳；
设置在所述外壳内的至少一个分隔墙，所述分隔墙将所述外壳的内部分为第一体积和与所述第一体积分开的第二体积；
至少一个入口管，与所述第一体积流体连通，所述入口管的一个口位于所述第一体积内；
至少一个第一出口管，与所述第一体积流体连通；
可切换第二出口管，与所述第一体积流体连通，经过所述第二体积，并穿过所述至少一个分隔墙；以及
共振器管，提供所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通，并且与第二体积一起形成亥姆霍兹共振器，其中，所述第二体积形成亥姆霍兹体积并且共振器管形成亥姆霍兹管；
其中，所述第二出口管，至少在其穿过所述至少一个分隔墙的部分中，设置在所述共振器管内；
其中所述第二出口管设置在整个共振器管长度的所述共振器管内；
其中所述第二出口管的壁在所述共振器管包围其的部分中有开口；并且
其中所述亥姆霍兹共振器的共振器管中立起的气体的体积取决于可切换第二出口管的切换状态。
2.根据权利要求1所述的消音器，其中所述共振器管的一端位于所述第一体积内，并以气密性的方式与所述第二出口管连接。
3.一种用于内燃发动机驱动车辆排气系统的消音器，包括：
气密性外壳；
设置在所述外壳内的至少一个分隔墙，所述分隔墙将所述外壳的内部分为第一体积和与所述第一体积分开的第二体积；
至少一个入口管，与所述第一体积流体连通；
至少一个第一出口管，与所述第一体积流体连通；
可切换第二出口管，与所述第一体积流体连通，经过所述第二体积，并穿过所述至少一个分隔墙；以及
共振器管，提供所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通，并且与第二体积一起形成亥姆霍兹共振器，其中，所述第二体积形成亥姆霍兹体积并且共振器管形成亥姆霍兹管；
其中，所述第二出口管，至少在其穿过所述至少一个分隔墙的部分中，设置在所述共振器管内；
其中一个入口管和所述第二出口管一体成形，形成单件管；
其中所述单件管的壁在第一部分中有开口，所述第一部分中，所述单件管位于所述第一体积内但在所述共振器管的外部，并在所述单件管位于所述共振器管内的第二部分中有开口；并且
其中所述亥姆霍兹共振器的共振器管中立起的气体的体积取决于可切换第二出口管的切换状态。
4.根据权利要求3所述的消音器，其中所述共振器管的一端位于所述第一体积内，并以气密性的方式与所述单件管连接。
5.一种用于内燃发动机驱动车辆排气系统的消音器，包括：
气密性外壳；
设置在所述外壳内的至少一个分隔墙，所述分隔墙将所述外壳的内部分为第一体积和与所述第一体积分开的第二体积；
至少一个入口管，与所述第一体积流体连通，所述入口管的一个口位于所述第一体积内；
至少一个第一出口管，与所述第一体积流体连通；
可切换第二出口管，与所述第一体积流体连通，经过所述第二体积，并穿过所述至少一个分隔墙；以及
共振器管，提供所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通，并且与第二体积一起形成亥姆霍兹共振器，其中，所述第二体积形成亥姆霍兹体积并且共振器管形成亥姆霍兹管；
其中，所述第二出口管，至少在其穿过所述至少一个分隔墙的部分中，设置在所述共振器管内；
其中所述共振器管具有第一部分和第二部分，在所述第一部分处，所述共振器管位于所述第一体积内，且其中不存在所述第二出口管，在所述第二部分处，所述共振器管容纳所述第二出口管；并且
其中所述亥姆霍兹共振器的共振器管中立起的气体的体积取决于可切换第二出口管的切换状态。
6.根据权利要求5所述的消音器，其中所述入口管的一个口设置在所述共振器管内。
7.根据权利要求6所述的消音器，
其中所述共振器管的壁在所述共振器管没有所述第二出口管的部分中没有开口；或
其中所述共振器管的壁在所述共振器管没有所述第二出口管的部分中有开口。
8.一种用于内燃发动机驱动车辆排气系统的消音器，包括：
气密性外壳；
设置在所述外壳内的至少一个分隔墙，所述分隔墙将所述外壳的内部分为第一体积和与所述第一体积分开的第二体积；
至少一个入口管，与所述第一体积流体连通；
至少一个第一出口管，与所述第一体积流体连通，所述第一出口管的一个口位于所述第一体积内；
可切换第二出口管，与所述第一体积流体连通，经过所述第二体积，并穿过所述至少一个分隔墙；以及
共振器管，提供所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通，并且与第二体积一起形成亥姆霍兹共振器，其中，所述第二体积形成亥姆霍兹体积并且共振器管形成亥姆霍兹管；
其中，所述第二出口管，至少在其穿过所述至少一个分隔墙的部分中，设置在所述共振器管内；
其中所述共振器管和所述入口管一体成形，形成单件管；
其中所述单件管在所述第二体积中终止；
其中所述单件管的壁在所述单件管经过所述第一体积的第一部分中有开口，以及在所述单件管包围所述第二出口管的第二部分中没有开口，所述开口提供所述入口管和所述第一体积之间的流体连通；并且
其中所述亥姆霍兹共振器的共振器管中立起的气体的体积取决于可切换第二出口管的切换状态。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的消音器，其中所述第二出口管的壁在所述共振器管包围其的部分中有开口。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的消音器，还包括设置在所述消音器的所述外壳的内部或外部的所述第二出口管中的挡板，所述挡板被配置用来选择性关闭所述第二出口管。
11.根据权利要求9所述的消音器，还包括设置在所述消音器的所述外壳的内部或外部的所述第二出口管中的挡板，所述挡板被配置用来选择性关闭所述第二出口管。
12.根据权利要求10所述的消音器，还包括电动机，所述电动机被配置用于选择性打开或关闭所述挡板并且被配置用于与控制器联接。
13.根据权利要求10所述的消音器，其中，所述挡板被偏置在关闭所述第二出口管的位置，所述偏置力这样选择，以使当施加给所述挡板的所述排气的压力等于预定值时，克服所述偏置力而打开所述挡板。
14.根据权利要求1-8中任一项所述的消音器，
其中所述第一出口管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接；和/或
其中所述共振器管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接。
15.根据权利要求9所述的消音器，
其中所述第一出口管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接；和/或
其中所述共振器管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接。
16.根据权利要求10所述的消音器，
其中所述第一出口管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接；和/或
其中所述共振器管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接。
17.根据权利要求11所述的消音器，
其中所述第一出口管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接；和/或
其中所述共振器管的外壁以气密性的方式与所述至少一个分隔墙连接。
18.根据权利要求1-8中任一项所述的消音器，其中在所述共振器管包围所述第二出口管的部分中，径向延伸的支撑设置在所述第二出口管的外壁和所述共振器管的入口壁之间。
19.根据权利要求1-8中任一项所述的消音器，其中一个入口管与所述第一出口管或所述第二出口管对齐。
20.根据权利要求1-8中任一项所述的消音器，还包括限定位于所述外壳中所述第一体积和所述第二体积之间的第三体积的至少一个第二分隔墙，所述第三体积调节隔音。
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