CN105587373B

CN105587373B - 一种消声装置及车辆发动机

Info

Publication number: CN105587373B
Application number: CN201510148020.8A
Authority: CN
Inventors: 王欢; 夏光亮; 刘春蕾
Original assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Current assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: CN105587373A

Abstract

本发明涉及一种消声装置及车辆发动机，其中，消声装置包括主管，所述主管的一端为消声器前端，所述主管的另一端为消声器后端，所述主管的外管壁上设置有至少一个共振腔，所述共振腔所在的所述主管的管壁上设置有共振腔入口，所述共振腔入口连通其所对应的所述共振腔与所述主管的内部。本发明提供的消声装置外形规整，方便加工，结构紧凑，克服了传统四分之一波长管占用空间大，难于在空间狭小的发动机舱内布置的缺点，并且可以通过若干个共振腔的组合，能够在较宽的频带对进排气噪声进行降噪。

Description

一种消声装置及车辆发动机

技术领域

本发明涉及汽车及工程机械领域，尤其涉及一种消声装置及车辆发动机。

背景技术

车辆进排气系统噪声在整车噪声中占有相当大的比重。目前，车辆上解决进排气系统噪声的措施主要包括布置赫姆霍兹消声器和四分之一波长管，赫姆霍兹消声器的容积腔通常较大，会占用大量安装空间。四分之一波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子，当声波从主管道进入旁支管后，声波被封闭端反射回到主管道，某些频率的声波与主管道中同样频率的声波由于相位相反而相互抵消，从而达到消声目的。

四分之一波长管的传递损失只与旁支管与主管的截面比以及旁支管的长度有关。旁支管与主管的截面比越大，传递损失幅值越大而且带宽越宽。波长管的共振频率与长度成反比，波长管越长，共振频率越低。由于波长管长度往往受到安装空间的限制，波长管一般用来消除比较高的频率。因此，安装空间以及加工成本，成为限制波长管在较紧凑发动机舱的进排气系统中使用的制约因素。

如图1所示，为现有技术中的一种消声装置，其通过设置两个支管来增加四分之一波长管1’的横截面积，通过增加四分之一波长管1’的截面面积与主管2’的截面面积的比值来提高消声性能，但该方案只能消除单一频率噪声，增加支管数量的同时会占用大量空间，在较紧凑的发动机舱内不方便布置，并且会增加消声装置的加工难度。

发明内容

本发明的目的是提出一种消声装置及车辆发动机，其占用空间小，能够有效衰减若干窄频段噪声。

为实现上述目的，本发明提供了一种消声装置，其包括主管，所述主管的一端为消声器前端，所述主管的另一端为消声器后端，所述主管的外管壁上设置有至少一个共振腔，所述共振腔所在的所述主管的管壁上设置有共振腔入口，所述共振腔入口连通其所对应的所述共振腔与所述主管的内部。

在一优选或可选实施例中，所述主管的外管壁上设置有至少两个所述共振腔，各所述共振腔沿所述主管的外管壁周向均匀设置。

在一优选或可选实施例中，所述共振腔呈长条状，沿所述主管的轴向设置。

在一优选或可选实施例中，所述共振腔的径向截面的两侧与所述主管的径向截面的中心之间形成的夹角为a，夹角a的取值范围为30°～90°。

在一优选或可选实施例中，各所述共振腔入口为矩形结构、圆形结构、多边形结构中的其中一种或几种的组合。

在一优选或可选实施例中，各所述共振腔入口设置在所述主管的同一径向截面的位置，或者，各所述共振腔入口沿所述主管的轴向，设置在所述主管的任意径向截面的位置。

在一优选或可选实施例中，所述共振腔入口设置在所述共振腔的一端，所述共振腔的另一端距离所述共振腔入口最近的边界的距离为w₁，w₁的取值范围在20mm～300mm。

在一优选或可选实施例中，所述共振腔的高度为w₂，w₂的取值范围在5mm～50mm。

在一优选或可选实施例中，每个所述共振腔为一个四分之一波长管。

在一优选或可选实施例中，所述消声器前端为直管或弯管，和/或，所述消声器后端为直管或弯管。

在一优选或可选实施例中，所述主管的外管壁上设置有四个所述共振腔，四个所述共振腔沿所述主管的外管壁周向均匀设置。

为实现上述目的，本发明还提供了一种车辆发动机，其包括上述任一实施例中的消声装置。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过在主管的外管壁上设置至少一个共振腔，相对于现有技术设置的支管，能够有效减少占用空间，且可以根据现有的噪声测试结果，设置各共振腔的尺寸，有针对性的衰减若干窄频段噪声。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的消声装置的结构示意图；

图2为本发明提供的消声装置的示意性实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的消声装置的第一内部结构示意图；

图4为本发明提供的消声装置的第二内部结构示意图；

图5为本发明提供的消声装置的俯视示意图；

图6为本发明提供的消声装置的截面示意图。

附图中标号：

1-消声器前端；2-主管；3-消声器后端；

10-第一共振腔；11-第一共振腔入口；

20-第二共振腔；21-第二共振腔入口；

30-第三共振腔；31-第三共振腔入口；

40-第四共振腔；41-第四共振腔入口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图2所示，为本发明提供的消声装置的示意性实施例，在该示意性实施例中，消声装置包括主管2，主管2的一端为消声器前端1，主管2的另一端为消声器后端3，主管2的外管壁上设置有至少一个共振腔10、20、30、40，每个共振腔10、20、30、40为一个四分之一波长管，各共振腔10、20、30、40可以通过焊接的方式与主管2密闭连接，如图3、图4所示，各共振腔10、20、30、40所在的主管2的管壁上对应设置有共振腔入口11、21、31、41，各共振腔入口11、21、31、41连通对应的共振腔10、20、30、40的内部与主管2的内部。

本发明通过在主管2的外管壁上设置共振腔10、20、30、40，相对于现有技术设置的支管，能够有效减少占用空间，且可以根据现有的噪声测试结果，设置各个共振腔10、20、30、40的尺寸，有针对性的衰减若干窄频段噪声。

在上述本发明提供的消声装置的示意性实施例中，主管2的管壁上可以设置有至少两个共振腔10、20、30、40，每个共振腔10、20、30、40为一个四分之一波长管，各共振腔10、20、30、40可以沿主管2的管壁周向均匀设置。本发明提供的消声装置外形规整，方便加工，结构紧凑，克服了传统四分之一波长管占用空间大，难于在空间狭小的发动机舱内布置的缺点，并且可以通过若干个波长管的组合，能够在较宽的频带对进排气噪声进行降噪。

进一步的，共振腔10、20、30、40可以设置成长条状，沿主管2的轴向设置。

如图5所示，各共振腔入口11、21、31、41设置在对应的共振腔10、20、30、40的一端，各共振腔10、20、30、40的另一端距离其共振腔入口11、21、31、41最近的边界的距离为w₁；共振腔10、20、30、40的高度为w₂，即共振腔10、20、30、40的外壁到主管2外壁之间的距离为共振腔10、20、30、40的高度w₂。各个共振腔10、20、30、40其对应的w₁的取值可以相同，也可以不同，各个共振腔10、20、30、40其对应的w₂的取值可以相同，也可以不同。

经过声学仿真软件计算，共振腔10、20、30、40的长度取决于共振腔10、20、30、40的另一端距离共振腔入口11、21、31、41最近的边界的距离为w₁以及共振腔10、20、30、40的高度w₂，每个共振腔10、20、30、40等同于一个四分之一波长管，其传递损失均可以通过以下公式计算：

式中，TL为各共振腔传递损失；m为各共振腔入口面积与主管截面面积的比值；λ为管道噪声声波波长。

在设计过程中，可以根据消声需求选择合适的参数设计共振腔的各个参数。

各共振腔的共振频率均可以通过以下公式计算：

式中，f₀为各共振腔共振频率；c为声速；n为大于等于1的整数。

各共振腔的长度决定消除进排气管道噪声的中心频率，在设计过程中，可以根据需要衰减管道噪声的若干中心频率来设计各共振腔的w₁和w₂的值，w₁的取值范围可以在20mm～300mm之间，w₂的取值范围可以在5mm～50mm之间，在确保布置空间的前提下，共振腔入口11、21、31、41的面积应尽量的放大。

如图6所示，共振腔10、20、30、40的径向截面的两侧与主管2的径向截面的中心之间分别连线，两条连线之间形成的夹角为a，夹角a的取值范围可以为30°～90°。

在一优选或可选实施例中，各共振腔入口11、21、31、41可以为矩形结构、圆形结构、多边形结构中的其中一种或几种的组合。

在一优选或可选实施例中，各共振腔入口11、21、31、41可以设置在主管2的同一径向截面的位置，或者，各共振腔入口11、21、31、41可以沿主管2的轴向，设置在主管2的任意径向截面的位置。

根据空间结构，消声器前端1可以为直管或弯管，和/或，消声器后端3也可以为直管或弯管。

如图2-4所示，下面列举消声装置的一具体实施例。

在该具体实施例中，消声装置包括主管2，主管2的一端为消声器前端1，主管2的另一端为消声器后端3，主管2的外管壁上设置有四个共振腔，分别为第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40，第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40沿主管2的管壁周向均匀设置。第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40所在的主管2的管壁上分别对应设置一个共振腔入口，分别为第一共振腔入口11、第二共振腔入口21、第三共振腔入口31和第四共振腔入口41。

第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40均通过焊接与主管2密闭连接。

如图5所示，第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40各自对应的w₁值可以相同也可以不同，第一共振腔10、第二共振腔20、第三共振腔30和第四共振腔40各自对应的w₂值可以相同也可以不同。

本发明优选将四个共振腔焊接在主管2的外管壁，可选的替代方案为集成少于或多于四个共振腔同样可以达到衰减进排气噪声的目的。

本发明提供的共振腔优选采用钣金件焊接加工制造，共振腔通过钣金件冲压后焊接到主管2的外管壁，与共振腔入口形成四分之一波长管结构，各共振腔的尺寸不同，能够有针对性的衰减若干窄频段噪声；可选的替代方案为共振腔采用注塑制造同样可以达到相同的降噪目的，注塑制造可以仅用于进气系统降噪。

综上所述，本发明将若干个共振腔焊接在主管的外管壁上，每个共振腔等同于一个四分之一波长管，根据前期噪声测试结果，通过设计不同共振腔的长度及高度，有效的衰减若干窄频段噪声，同时给出了共振腔长度范围；该消声装置外形规整，结构紧凑，方便加工，克服了传统四分之一波长管占用空间大，难于在空间狭小的发动机舱内布置的缺点；并且通过若干个波长管的组合，在较宽的频带对进气噪声进行降噪。

通过声学仿真研究，可以证明设计噪声衰减频率与计算结果一致。CFD数值模拟仿真计算得出，装有本发明提供的消声装置的管道较同尺寸的管道出口压力减小5％范围内，压力损失较小，可有效应用于发动机进排气管道的消声降噪。

本发明提供的消声装置可以应用在车辆发动机上。

在本发明提供的车辆发动机的示意性实施例中，车辆发动机包括上述任一实施例中的消声装置，消声装置设置在车辆发动机的进气系统和排气系统中，消声装置的主管可以作为进气系统中的进气管，消声装置的主管也可以作为排气系统中的排气管。

本发明提供的消声装置能够降低发动机进排气系统的噪声，且相对现有技术，能够减少消声装置在进排气系统上的布置空间，同时本发明可以根据前期噪声测试结果，设置各共振腔的尺寸，有针对性的衰减进排气系统若干窄频段噪声。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种消声装置，其特征在于：包括主管(2)，所述主管(2)的一端为消声器前端(1)，所述主管(2)的另一端为消声器后端(3)，所述主管(2)的外管壁上设置有至少一个共振腔(10、20、30、40)，所述共振腔(10、20、30、40)所在的所述主管(2)的管壁上设置有共振腔入口(11、21、31、41)，所述共振腔入口(11、21、31、41)连通其对应的所述共振腔(10、20、30、40)与所述主管(2)的内部；

所述主管(2)的外管壁上设置有至少两个所述共振腔(10、20、30、40)，各所述共振腔(10、20、30、40)沿所述主管(2)的外管壁周向均匀设置；

所述共振腔(10、20、30、40)呈长条状，沿所述主管(2)的轴向设置；

经过声学仿真软件计算，得到各共振腔的共振频率计算公式：

式中，f₀为各共振腔共振频率；c为声速；n为大于等于1的整数；

根据需要衰减管道噪声的若干中心频率来设计各共振腔的w₁和w₂的值；

各所述共振腔入口(11、21、31、41)设置在对应的所述共振腔(10、20、30、40)的一端，各所述共振腔(10、20、30、40)的另一端距离其所述共振腔入口(11、21、31、41)最近的边界的距离为w₁；所述共振腔(10、20、30、40)的高度为w₂。

2.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：所述共振腔(10、20、30、40)的径向截面的两侧与所述主管(2)的径向截面的中心之间形成的夹角为a，夹角a的取值范围为30°～90°。

3.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：各所述共振腔入口(11、21、31、41)为矩形结构、圆形结构、多边形结构中的其中一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：各所述共振腔入口(11、21、31、41)设置在所述主管(2)的同一径向截面的位置，或者，各所述共振腔入口(11、21、31、41)沿所述主管(2)的轴向，设置在所述主管(2)的任意径向截面的位置。

5.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：w₁的取值范围在20mm～300mm。

6.如权利要求5所述的消声装置，其特征在于：w₂的取值范围在5mm～50mm。

7.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：每个所述共振腔(10、20、30、40)为一个四分之一波长管。

8.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：所述消声器前端(1)为直管或弯管，和/或，所述消声器后端(3)为直管或弯管。

9.如权利要求1所述的消声装置，其特征在于：所述主管(2)的外管壁上设置有四个所述共振腔(10、20、30、40)，四个所述共振腔(10、20、30、40)沿所述主管(2)的外管壁周向均匀设置。

10.一种车辆发动机，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的消声装置。