CN106014576A - 一种排气声品质调节装置及匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排气声品质调节装置，设置在汽车发动机的排气系统中，排气系统包括依次顺序连接的排气歧管、与排气歧管相连接的三元催化器、与三元催化器相连接的消声器、连接在消声器上的尾管，排气歧管与汽车发动机连接，排气声品质调节装置包括通过阀门连接在三元催化器与消声器之间用于对排气噪声进行声品质调节的排气发声鼓、连接在排气发声鼓上的第一导管，第一导管至少与尾管相连通。通过该排气声品质调节装置的设置可对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节，而且在进行特征声品质调节时，以排气气流作为动力输入源，直接反馈排气气流信号以对排气声品质进行声品质调节，无需其他的动力源及信号反馈装置，具有较强的成本优势。

Description

一种排气声品质调节装置及匹配方法

技术领域

本发明涉及声学技术领域，具体涉及一种排气声品质调节装置及匹配方法。

背景技术

众所周知，汽车的主要噪声来源于发动机，而发动机的主要噪声又是排气噪声，它往往比发动机其他噪声要高出10-15dB(A)左右，可见降低汽车噪声和改进汽车声音品质的一个重要途径就是如何控制排气噪声的排放。同时排气系统作为现代动力车辆内燃机的一个重要组成，其性能不仅决定着污染物及气动噪声的排放量，对发动机的压力损失也有非常大的影响，因此如何对排气系统进行有效的设计，使其与发动机进行合理匹配，就成为现代汽车节能与净化的关键技术之一。目前传统排气声学匹配的流程见图1。

从图1可见，传统排气匹配开发主要根据客户要求，对怠速及加速总声压级噪声和阶次噪声进行把控，不能有明显异响及车内噪声产生明显影响。很少考虑整车及排气声品质问题。

传统排气匹配开发的目的是排气噪声越低越好，最好排气噪声对车内不要产生影响。而声品质定义为听觉事件对个人各方面需求的满足程度，希望声音比较悦耳的同时，还能反馈发动机的动力性能及整车品牌定位。而实际上车内外声品质主观评价分数与其噪声幅值大小不存在明显正相关，而与中频噪声组成及其所占比重密切相关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的问题，提供一种排气声品质调节装置，对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种排气声品质调节装置，设置在汽车发动机的排气系统中，所述排气系统包括依次顺序连接的排气歧管、与所述排气歧管相连接的三元催化器、与所述三元催化器相连接的消声器、连接在所述消声器上的尾管，所述排气歧管与所述汽车发动机连接，所述排气声品质调节装置包括通过阀门连接在所述三元催化器与所述消声器之间用于对排气噪声进行声品质调节的排气发声鼓、连接在所述排气发声鼓上的第一导管，所述第一导管至少与所述尾管相连通。

优选地，所述排气发声鼓包括具有中空腔体的壳体、设置在所述壳体内部的隔板，所述隔板将所述中空腔体分隔成两个独立的腔体：第一腔体和第二腔体，所述排气发声鼓还包括设置在所述第一腔体中的第一共振模、设置在所述第二腔体中的第二共振模、设置在所述第一腔体上的进气口、设置在所述第二腔体上的出气口，所述阀门连接在所述进气口处，所述第一导管连接在所述出气口处，所述第一共振模和所述第一腔体形成第一共振腔，所述第二共振模和所述第二腔体形成第二共振腔，所述第一共振模和所述第二共振模相连接或一体设置，所述第一共振模的固有频率与所述第一共振腔的固有频率相同，所述第二共振模的固有频率与所述第二共振腔的固有频率相同。

进一步地，所述第一共振模和第二共振模的材料特性不同。

进一步地，所述排气发声鼓还包括密封垫，所述密封垫设置在所述第一共振模、所述第二共振模及所述隔板的相交处。

优选地，所述排气声品质调节装置还包括第二导管，所述第二导管连接在所述三元催化器与所述消声器之间的管路上，并与所述阀门相连通。

进一步地，所述排气声品质调节装置还包括用于对进入所述排气发声鼓的气流进行过滤的过滤装置，所述过滤装置设置在所述第二导管上。

更进一步地，所述过滤装置采用金属丝网，所述金属丝网设置在所述第二导管的上端。

优选地，所述消声器包括与所述三元催化器相连接的前级消声器、与所述前级消声器相连接的后级消声器，所述第一导管连接在所述后级消声器上，所述排气声品质调节装置连接在所述三元催化器与所述前级消声器之间，或者所述排气声品质调节装置连接在所述前级消声器与所述后级消声器之间。

优选地，所述第一导管通向汽车车厢内部，或者所述第一导管通向汽车车厢外部。

本发明还提供一种排气声品质的匹配方法，采用如上述任一项所述的排气声品质调节装置，所述匹配方法为：

（1）根据竞品车型设定排气目标及声品质目标；

（2）根据排气目标和声品质目标进行特征分析，确认排气系统协调音声学特征；

（3）根据协调音声学特性调节所述排气发声鼓的固有频率；

（4）对排气声品质调节装置进行台架测试验证及主观评价，根据主观评价结果对所述排气发声鼓的共振频率进行再次优化；

（5）在实车上对排气声品质调节装置进行主观评价验证及优化。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的排气声品质调节装置结构简单，通过该排气声品质调节装置的设置可对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节，而且在进行特征声品质调节时，以排气气流作为动力输入源，直接反馈排气气流信号以对排气声品质进行声品质调节，无需其他的动力源及信号反馈装置，具有较强的成本优势。

附图说明

附图1为传统排气声学匹配的流程图；

附图2为本发明的排气声品质调节装置的结构示意图；

附图3为本发明的排气发声鼓的结构示意图（放大图）。

其中：1、第二导管；2、阀门；3、排气发声鼓；31、壳体；32、隔板；33、第一共振腔；34、第二共振腔；35、第一共振模；36、第二共振模；37、进气口；38、出气口；39、密封垫；4、第一导管；5、过滤装置；100、排气歧管；200、三元催化器；301、前级消声器；302、后级消声器；400、尾管；501、前管；502、中管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图2所示的排气声品质调节装置，该排气声品质调节装置设置在汽车发动机的排气系统中，汽车发动机的排气系统包括依次顺序连接的排气歧管100、与排气歧管100相连接的三元催化器200、与三元催化器200相连接的消声器、连接在消声器上的尾管400，排气歧管100与汽车发动机连接，该排气声品质调节装置连接在三元催化器200与消声器之间，用于对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节。

一种具体的实施方式，该汽车发动机的排气系统采用两级消声结构，即消声器包括与三元催化器200通过前管501相连通的前级消声器301、与前级消声器301通过中管502相连通的后级消声器302，尾管400连接在后级消声器302上，该排气声品质调节装置可连接在前管501上，也可以连接在中管502上，或者集成设置在前级消声器301上。本实施例中，该排气声品质调节装置连接在前管501上。

该排气声品质调节装置包括依次顺序连接的第二导管1、阀门2、排气发声鼓3和第一导管4。

第二导管1采用三通管，其两个通道分别与前管501连通，另外一个通道与阀门2连通。

阀门2用于控制排气声品质调节装置的启闭，当需要对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节时，就打开阀门2；当不需要对汽车发动机的排气进行特征声品质调节时，就关闭阀门2。阀门2可采用气动真空阀，或者手动阀，或者自动控制阀，把控制阀门2启闭动作的控制开关安装在驾驶室内，驾驶员可通过开关按钮直接对阀门2的启闭进行控制。

如图3所示，排气发声鼓3包括具有中空腔体的壳体31、设置在壳体31内部的隔板32，隔板32将中空腔体分隔成两个独立的腔体：第一腔体和第二腔体，排气发声鼓还包括设置在第一腔体中的第一共振模35、设置在第二腔体中的第二共振模36、设置在第一腔体上的进气口37、设置在第二腔体上的出气口38，阀门2连接在进气口37处，第一导管4连接在出气口38处，第一共振模35和第一腔体之间形成第一共振腔33，第二共振模36和第二腔体之间形成第二共振腔34，第一共振模35和第二共振模36一体设置，或者第一共振模35和第二共振模36分体设置后再连接在一起，第一共振模35的固有频率与第一共振腔33的固有频率相同，第二共振模36的固有频率与第二共振腔34的固有频率相同。第一共振模35、第一共振腔33、第二共振模36、第二共振腔34的固有频率均可以调节，从而可达到不同效果的特征声品质。

第一共振模35和第二共振模36的材料特性不同，第一共振模35要求具有很好的可靠耐久性，第二共振模36要求具有很好的声放大特性。

该排气发声鼓3还包括密封垫39，密封垫39设置在第一共振模35、第二共振模36和隔板32的相交处，通过密封垫39的设置可保证第一共振模35、第二共振模36、第一共振腔33、第二共振腔34之间的密封性，防止漏气现象发生。

当气流进入排气发声鼓3后，第一共振模35在排气气流的作用下产生振动，由于第一共振模35的固有频率与第一共振腔33的固有频率相同，使第一共振模35与第一共振腔33发生共振，共振作用使第一共振模35的振动强度增大，从而带动第二共振模36发生振动，由于第二共振模36的固有频率与第二共振腔34的固有频率相同，第二共振模36振动时与第二共振腔34产生共振，进一步放大了共鸣声。

第一导管4至少需与尾管400相连通，以对汽车发动机的排气系统所产生的排气噪声进行特征声品质调节，同时第一导管4还可以连通到汽车的车厢内部，对车厢内部的噪声进行特征声品质调节，或者将第一导管4连通到汽车的车厢外部，对车厢外部的噪声进行特征声品质调节。

该排气声品质调节装置还包括用于对进入排气发声鼓3的气流进行过滤的过滤装置5，过滤装置5设置在第二导管1上。本实施例中，过滤装置5采用金属丝网，可过滤排气系统中的烟尘颗粒，防止烟尘颗粒等物体对排气发声鼓3的腐蚀，以提高该排气声品质调节装置的可靠耐久性。金属丝网设置在第二导管1的上端，可防止积水对排气发声鼓3进行腐蚀。

由于车内外声品质主观评价分数与其噪声幅值大小不存在明显正相关，而与中频噪声组成及其所占比重密切相关，据此，本发明实施例在原排气方案的基础上，提供了上述的排气声品质调节装置，用于产生一种额外的中频段协调音来优化尾口及车内噪声的声品质特性。采用该排气声品质调节装置进行排气声品质的匹配方法如下：

（1）主机厂根据竞品车型设定排气目标及声品质目标；

（2）客户根据排气目标和声品质目标进行特征分析，确认排气系统协调音声学特征；

（3）客户根据协调音声学特性调节共振模的固有频率和空腔的固有频率；

（4）对排气声品质调节装置进行台架测试验证及主观评价，根据主观评价结果对其共振频率进行再次优化；

（5）在实车上对排气声品质调节装置进行主观评价验证及优化。

本发明的排气声品质调节装置结构简单，通过该排气声品质调节装置的设置不仅可对汽车发动机的排气噪声进行特征声品质调节，同时还可以对汽车车厢内部或者外部的噪声进行特征声品质调节；而且在进行特征声品质调节时，以排气气流作为动力输入源，直接反馈排气气流信号以对排气声品质进行声品质调节，无需其他的动力源及信号反馈装置，具有较强的成本优势。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明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 (10)

1.一种排气声品质调节装置，设置在汽车发动机的排气系统中，所述排气系统包括依次顺序连接的排气歧管、与所述排气歧管相连接的三元催化器、与所述三元催化器相连接的消声器、连接在所述消声器上的尾管，所述排气歧管与所述汽车发动机连接，其特征在于：所述排气声品质调节装置包括通过阀门连接在所述三元催化器与所述消声器之间用于对排气噪声进行声品质调节的排气发声鼓、连接在所述排气发声鼓上的第一导管，所述第一导管至少与所述尾管相连通。

2.根据权利要求1所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述排气发声鼓包括具有中空腔体的壳体、设置在所述壳体内部的隔板，所述隔板将所述中空腔体分隔成两个独立的腔体：第一腔体和第二腔体，所述排气发声鼓还包括设置在所述第一腔体中的第一共振模、设置在所述第二腔体中的第二共振模、设置在所述第一腔体上的进气口、设置在所述第二腔体上的出气口，所述阀门连接在所述进气口处，所述第一导管连接在所述出气口处，所述第一共振模和所述第一腔体形成第一共振腔，所述第二共振模和所述第二腔体形成第二共振腔，所述第一共振模和所述第二共振模相连接或一体设置，所述第一共振模的固有频率与所述第一共振腔的固有频率相同，所述第二共振模的固有频率与所述第二共振腔的固有频率相同。

3.根据权利要求2所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述第一共振模和第二共振模的材料特性不同。

4.根据权利要求2所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述排气发声鼓还包括密封垫，所述密封垫设置在所述第一共振模、所述第二共振模及所述隔板的相交处。

5.根据权利要求1所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述排气声品质调节装置还包括第二导管，所述第二导管连接在所述三元催化器与所述消声器之间的管路上，并与所述阀门相连通。

6.根据权利要求5所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述排气声品质调节装置还包括用于对进入所述排气发声鼓的气流进行过滤的过滤装置，所述过滤装置设置在所述第二导管上。

7.根据权利要求6所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述过滤装置采用金属丝网，所述金属丝网设置在所述第二导管的上端。

8.根据权利要求1所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述消声器包括与所述三元催化器相连接的前级消声器、与所述前级消声器相连接的后级消声器，所述第一导管连接在所述后级消声器上，所述排气声品质调节装置连接在所述三元催化器与所述前级消声器之间，或者所述排气声品质调节装置连接在所述前级消声器与所述后级消声器之间。

9.根据权利要求1所述的排气声品质调节装置，其特征在于：所述第一导管通向汽车车厢内部，或者所述第一导管通向汽车车厢外部。

10.一种排气声品质的匹配方法，其特征在于：采用如权利要求1~9中任一项所述的排气声品质调节装置，所述匹配方法为：

（1）根据竞品车型设定排气目标及声品质目标；

（2）根据排气目标和声品质目标进行特征分析，确认排气系统协调音声学特征；

（3）根据协调音声学特性调节所述排气发声鼓的固有频率；

（4）对排气声品质调节装置进行台架测试验证及主观评价，根据主观评价结果对所述排气发声鼓的共振频率进行再次优化；

（5）在实车上对排气声品质调节装置进行主观评价验证及优化。