CN105422337A - 一种进气消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气消声器，包括至少一个沿进气管轴向依次设置的环形消声单元，消声单元包括环形外壳、第一挡板、第二挡板和开设于发动机进气管壁的通孔，环形外壳套装于发动机进气管的表面，第一挡板和第二挡板径向安装于环形外壳与进气管之间，两挡板和环形外壳共同形成一个空腔，该空腔通过通孔与发动机进气管连通。本发明将消声单元设计成多个围绕进气管的周向分布，各消声单元的消噪频率可灵活调整，能够消除目标噪声峰值，并且结构紧凑，减小发动机进气消声器体积，有利于实现发动机舱内各部件的紧凑布置。

Description

一种进气消声器

技术领域

本发明涉及发动机进气系统，具体涉及一种进气消声器。

背景技术

现代社会的工业日益发达，机器功率不断提高，工程机械保有量大幅度增加，相伴而来的就是噪声污染日益普遍和严重。从发动机工业的发展方向看，噪声是发动机产品竞争的关键技术指标在内燃机中，如果不安装消声器，排气噪声的声压级最大，其次是进气噪声。随着生活水平提高，越来越多的人对于噪音污染问题越来越重视。进气噪声是发动机噪声的主要声源之一，而随着内燃机转速和强化程度的提高，涡轮增压技术的普遍应用，进气噪声有加大的趋势，从而使整车噪声有增大的趋势，必须给予足够的重视。对于小型高速发动机和大型增压机，进气噪声甚至比发动机本体噪声(燃烧噪声或机械噪声高出5dB(A))，成为仅次于排气噪声的主要噪声源。

汽车进气噪声主要是由于进气门周期性开闭产生压力起伏变化及进气过程中高速气流流经进气门通道时形成的，在其控制方面由于进气系统结构及动力性和经济性的约束，调整和改变设计很难。空气滤清器可以设计成一种进气消声器，其所占的体积可作为膨胀型消声器的膨胀腔，其中的滤材丝网泡沫棕丝等则是阻性消声器良好的吸声材料；但由于进气噪声主要是低频噪声，与排气噪声相比，控制进气噪声相比排气噪声在技术上具有特殊性：传统的扩张腔消声器(空气滤清器)无法使进气噪声得到足够衰减；且进气系统影响到发动机的进气效率，稍有改动就可能导致发动机的动力性和经济性产生较大的变化，故仍要设计合适的进气消声器。

消声器按其消声机理均可归为阻性消声器、抗性消声器或阻抗复合式消声器。阻性消声器即利用敷设在消声器管道内的吸声材料吸收声能以达到减小出口处的辐射声能。阻性消声器的特点是消声频段较宽，尤其是在中高频范围有较好的消声效果。但根据气流速度大于20m/s时的塞宾公式知当气流方向与声速反向时声波向管中心弯曲，这样就不利于吸声材料的吸声，所以在非增压发动机上很少应用阻性进气消声器。抗性消声器中的扩张式等消声器也由于体积庞大等原因很少在进气消声中使用。目前汽车发动机应用的最多的是共振式进气消声器，包括赫尔姆兹消声器和1/4波长管。赫尔姆兹消声器传递损失频带比1/4波长管的消音频带要宽一些。赫尔姆兹消声器通常只能用来消除低频噪声，而1/4波长管可以用来消除频率稍高的噪声，这些为消音元件的选择提供了基础。但是随着发动机舱内的布置越来越紧凑，空间有限的进气系统中，传统的赫尔姆兹和1/4波长管进气消声器往往存在着数量多、体积大、不美观等缺点，制约着发动机的NVH性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种发动机进气消声器，其目的在于，将消声单元设计成围绕进气管的周向分布，各消声单元的消噪频率可灵活调整，消除目标噪声峰值，并且结构紧凑，减小发动机进气消声器体积，有利于实现发动机舱内各部件的紧凑布置。

为实现本发明的技术目的，本发明提供了如下技术方案：

一种发动机进气消声器，包括至少一个沿进气管轴向依次设置的环形消声单元，消声单元包括环形外壳、第一挡板、第二挡板和开设于发动机进气管壁的通孔，环形外壳套装于发动机进气管的表面，第一挡板和第二挡板径向安装于环形外壳与进气管之间，两挡板和环形外壳共同形成一个空腔，该空腔通过通孔与发动机进气管连通。

本发明相对于现有技术，具有如下效果：

1.将消声单元设计成围绕进气管的周向分布，消除目标噪声峰值，充分减小发动机进气消声器体积，有利于实现发动机舱内各部件的紧凑布置。

2.将多个消声单元并联连接布置，可扩展成在一个紧凑空间内消除多个不同的噪声频率范围的进气消声器。

3.各消声单元可通过调整两板之间的弧度以及通孔的面积，调整消声单元的消噪频率，操作方便，灵活性好，消噪效果可以调整到最佳。

4.对发动机进气流动影响很小，对发动机功率影响很小。建议使用塑料制作，更有利于发动机进气系统的减振降噪。

总的来说，本发明结构巧妙，能在不增大进气系统阻力，不降低发动机功率的情况下，节约发动机舱内体积，具有结构简单，成本低廉等优势，适用于工程机械发动机及其他类似进气系统的消噪。

附图说明

图1为本发明进气消声器立体结构图；

图2为本发明进气消声器外观主视图；

图3为本发明进气消声器内部剖面图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明进气消声器立体结构图。本发明进气消声器包括至少一个沿进气管轴向依次设置的环形消声单元，图1示出了四个。

图2、3分别为本发明进气消声器外观主视图和内部剖面图。环形消声单元包括环形外壳3、第一挡板1、第二挡板2和通孔4(图1中通孔采用方孔但不局限于方孔)构成。在发动机进气管壁(一般选进气管主管道)5上开一段通孔4，在进气管外同心地套装环形外壳3，并将环形外壳3的两端封闭到与主管道一体。加装第一挡板1、第二挡板2，并沿进气管道径向方向与主管壁5、外壳3相接；这样第一挡板1、第二挡板2和外壳3形成了一个通过通孔4与发动机进气主管道相通的空腔(气流通道)。目标频率的噪声通过在空腔中的反射，使得反射波与入射波相位相差180度，由于相位正好相反而相互抵消，达到消除目标噪声的目的。

可以通过调整该消声器的几何结构来消除不同目标频率的噪声。如图2所示，挡板1、挡板2所形成的弧度α、通孔的面积S满足如下关系：

$f=\frac{c}{4\[\frac{R-r}{2}+\frac{\mathrm{\α}}{360}\mathrm{\π}(R+r)+0.7\sqrt{\frac{S}{\mathrm{\π}}}\]}$

其中，r为进气管内径，R为外壳内径，f为消声单元的共振频率，c为声速。

如图1所示，图1给出了4个消声单元，每个消声单元的挡板弧度α不相同，分别用于消除不同频率的噪声，组合起来可以充分消除一个频段的噪声。

关于所用的进气消声器的材料，本发明优选塑料，主要指纤维增强塑料，也包括少量的非增强的塑料和塑料合金。其突出的性能表现在比强度高、比模量大、耐疲劳、减震、耐腐蚀、过载安全性好及工艺性好等方面。相比于金属进气系统，塑料进气系统有如下的几个优点：1、质量较轻。平均质量为铝制进气系统的45％，是铸铁进气歧管的25％。2、动力经济性好。塑料进气系统内壁光滑，可减少空气流动阻力，增加进气充量，促进燃料的充分燃烧，并且塑料导热系数低，从而有效改善发动机的动力性和经济性。3、成本较低。虽然进气系统所使用的塑料材料与铝合金材料成本基本相同，但是由于金属进气管毛坯的成品率要较低，且其机加工费用也相对较高，因此塑料进气管生产成本通常比铝合金进气歧管低20％～35％。4、减振降噪效果明显。塑料材料一般具有良好的阻尼特性，有助于进气系统的减振降噪。综合来看，塑料进气系统可比铝进气系统减轻重量50％以上，发动机动力性有5～10％的提升，经济性、排放性及噪声也有相当改善，材料和制造成本都降低，在国外已得到广泛应用，新型进气系统及其消声器应尽量使用新型塑料材料制作。

在具体的工程实现时，请参考图1，可按照如下方式加工和装配：在进气管壁上开设一个较长的通孔，各消声单元的外壳一体成型作为公用，在外壳与进气管之间套装多个环形隔板，相邻环形隔板、相邻环形隔板之间的通孔部分、相邻环形隔板之间的环形外壳部分和两块径向挡板组合为一个环形消声单元。

本发明通过环形消声单元的合理布局，消除多个不同的噪声频率范围，减少进气噪声；对发动机进气流动影响很小，故而对发动机功率影响很小；并且消声器体积充分减小，有利于实现发动机舱内各部件的紧凑布置。

实例：

进气管壁直径约70mm，消声器总长约130mm，直径约120mm，其内部由四个消声单元串联。将该发动机进气消声器应用在一台小型挖掘机进气系统中，应用结果表明，充分降低该发动机的进气噪声，基本不影响发动机功率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种进气消声器，其特征在于，包括至少一个沿进气管轴向依次设置的环形消声单元，消声单元包括环形外壳、第一挡板、第二挡板和开设于发动机进气管壁的通孔，环形外壳套装于发动机进气管的表面，第一挡板和第二挡板径向安装于环形外壳与进气管之间，两挡板和环形外壳共同形成一个空腔，该空腔通过通孔与发动机进气管连通。

2.根据权利要求1所述的进气消声器，其特征在于，所述消声单元中，两挡板形成的弧度α、通孔的面积S满足以下关系：其中，r为进气管内径，R为外壳内径，f为消声单元的共振频率，c为声速。