CN106089362B - 一种内燃机消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机消声器，其包括筒体、前端盖、后端盖、第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板、微穿孔铝纤维板、进气管和出气管，消声器包括外筒体和内筒体，在外筒体和内筒体间填有隔热材料，内筒体内部包括扩张腔，进气管和出气管连通扩张腔，第一扩张腔和第三扩张腔之间采用双U型波纹穿孔管连通，在U型波纹管的波峰上沿周向开有均布圆孔并连通第二扩张腔，第二扩张腔内填有吸声材料，第三扩张腔和第四扩张腔之间采一个U型波纹管连通，第四扩张腔和第五扩张腔之间采用双内插管连通。本发明结构合理，能工作于高温环境，具有插入损失大、压力损失小、消声频带宽和隔热效果好等特点。

Description

一种内燃机消声器

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种内燃机消声器。

背景技术

工程机械作为现代工程建设的重要部分，在建筑及工农业生产中正发挥着越来越大的作用。由于工程机械自身的体积大、功率大等特点，导致工程机械整机产生的噪声较大，严重影响了工程机械的整机性能，并给人们的日常生活和身心健康造成很大的危害。

消声器是安装在空气动力设备气流通道上或进、排气系统中，以降低噪声的装置，它既可以使气流通过，又能有效地降低噪声，是控制噪声的有效工具，是噪声控制技术中应用最多最广的降噪设备。阻抗复合型消声器作为汽车内燃机排气系统广泛应用的消声装置，在工程机械领域得到了广泛应用。插入损失和压力损失是评价消声器消声性能和空气动力性能的两个重要的评价指标。设计研究消声器，使其在增加传递损失的同时，确保压力损失在发动机要求的范围以内成为减少噪声的重要手段。

以内燃机为例，目前内燃机所使用的排气消声器以抗性消声器为主，此类消声器的进气管和出气管均连通扩张腔，气体从进气管进入消声器，再从出气管排出。这种抗性消声器是利用声波的反射和干涉效应等，通过改变声波的传播特性，阻碍声波能量向外传播。

然而，这种抗性消声器主要适用于消除低、中频的窄带噪声，而对频率比较低的排气噪声和截止频率以上的宽带高频噪声则消声效果较差。

有鉴于此，如何改进内燃机消声器内部结构，使其能够消除突出的低频噪声，同时提高对宽带高频噪声的消声效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

技术问题：为解决上述技术问题，本发明提供一种内燃机消声器，该内燃机消声器设有微穿孔铝纤维板和U型波管，前者消除了主要的低频排气噪声，后者则有效提高了高频排气噪声的消声带宽和消声量。

技术方案：本发明提供了一种内燃机消声器，该消声器由前端盖、外筒体、内筒体、后端盖组成一个封闭的筒体，其中内筒体位于外筒体内壁，前端盖和后端盖分别位于筒体的两端；

在所述的筒体内，从左到右顺序设有第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板、微穿孔铝纤维板，从左到右顺序隔成第一扩张腔、第二扩张腔、第三扩张腔、第四扩张腔、第五扩张腔、共振腔；

在所述的第二扩张腔内设有两排穿孔管，包括穿孔管I和穿孔管II，分别是由U型波纹管I、U型波纹管III串联构成的穿孔管I和U型波纹管IV、U型波纹管II串联构成的穿孔管II，该穿孔管的两端分别穿过第一隔板和第二隔板与第一扩张腔和第三扩张腔连通，在第二扩张腔内充满超细玻璃纤维；

在所述的第三隔板中间设有U型波纹管V，该U型波纹管V的两端分别连通第三扩张腔和第四扩张腔；在第四隔板中间设有内插管I和内插管II，内插管I和内插管II的两端分别连通第四扩张腔和第五扩张腔；

在所述的第一扩张腔处的筒体侧壁上设有进气管，在所述的第五扩张腔处的筒体侧壁上设有出气管，出气管的外口连接排烟管。

所述穿孔管的数目为一个或以上；所述穿孔管包括所述穿孔管I和所述穿孔管II，且所述穿孔管I和所述穿孔管II沿内筒体轴线方向等距对称分布；所述内插管的数目为一个或以上，包括所述内插管I和所述内插管II，所述内插管I和所述内插管II沿内筒体轴线方向等距对称分布。

所述穿孔管I由所述U型波纹管I和所述U型波纹管II串联构成，且所述U型波纹管I和所述U型波纹管III的波高、波距及波宽尺寸不同；所述穿孔管II由所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV串联构成，且所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV的波高、波距及波宽尺寸不同；所述U型波管I与所述U型波纹管II构尺寸相同，且所述U型波纹管III与所述U型波纹管IV尺寸相同。

所述述U型波纹管的波节数不小于四；所述穿孔管I和所述穿孔管II上设有小孔I、小孔II，小孔I、小孔II沿所述穿孔管I和所述穿孔管II的圆周方向均匀分布在所述U型波纹管I和所述U型波通管III、所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV的波峰位置处。

所述穿孔管I和所述穿孔管II的小孔I、小孔II连通所述第二扩张腔，且所述小孔I、小孔II的孔径均为4mm。

所述第二扩张腔填充有吸声材料，且所述吸声材料为超细玻璃纤维。

所述筒体包括外筒体和内筒体，所述外筒体和所述内筒体之间设有隔热材料；所述隔热材料为隔热石棉。

所述穿孔管I和所述穿孔管II的U型波纹管I、U型波纹管III与所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV对称或交错布置。

所述穿孔管I和所述穿孔管II的小孔I和小孔II均沿所述穿孔管圆周周向12分等间距分布。

所述U型波纹管V贯穿于第三隔板，U型波纹管连通管连通所述第三扩张腔和所述第四扩张腔；所述第三隔板连接于所述U型波纹管连通管的波峰处。

所述U型波纹管I、U型波纹管II、U型波纹管III、U型波纹管IV和U型波纹管V的波节数量为四个以上。

所述内插管的数量为一个以上，包括所述内插管I和所述内插管II，且所述内插管I和所述内插管II沿所述内筒体中轴线方向等间距分布；所述内插管I和内插管II完全相同，且贯穿于所述第四隔板；所述内插管I和所述内插管II连通所述第四扩张腔和所述第五扩张腔。

所述第二扩张腔填充吸声材料，所述吸声材料为容重40kg/m³的超细玻璃纤维。

所述筒体包括外筒体和内筒体，其两端分别咬合有前端盖和后端盖，且述外筒体和所述内筒体之间设有隔热材料。

有益效果：内燃机排出的高压高温气体通过该消声器时，经进气管进入消声器内部的扩张腔内，扩张腔利用管道声学中管道截面积的突变造成声学阻抗的变化，从而消除了气体的中、低频噪声；排气噪声经过U型波纹管穿孔管，U型波纹管利用管道声学中管道截面积的连续突变造成声学阻抗变化，从而消除了中、高频噪声；另外，进入通过所述小孔进入所述第二扩张腔的噪声会被吸声材料所吸收，从而进一步地消除了对应的中、高频噪声。

在进一步的具体实施方式中，在出气管对应的扩张腔处，还设置了微穿孔铝纤维板，铝纤维板能够吸收掉气体的低、中频噪声。因此，经由该消声器的排气噪声在低、中、高频的范围内都能被有效地消除。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在发明的保护范围内。

附图说明

图1为本发明所提供内燃机消声器一种具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明所提供内燃机消声器的A-A向剖视图。

其中，1共振腔、2微穿孔铝纤维板、3第五扩张腔、4出气管法兰盘、5排烟管、6排烟管法兰盘、7出气管、8第四隔板、9第四扩张腔、10第三隔板、11第三扩张腔、12第二隔板、13超细玻璃纤维、14第二扩张腔、15第一隔板、16第一扩张腔、17前端盖、18外筒体、1进气管法兰盘、20进气管、21穿孔管I、211穿孔管II、22U型波纹管I、221U型波纹管II、23小孔I、231小孔II、24U型波纹管III、241U型波纹管IV、25U型波纹管V、26内插管I、261内插管II、27支座、28内筒体、29后端盖、30石棉。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种内燃机消声器，该内燃机消声器设有共振腔、铝纤维吸声板和U型波纹消声管，有效地提高了低、中、高频排气噪声的消声量。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供内燃机消声器一种具体实施方式的结构示意图。

该实施例中的内燃机消声器，具有筒体，以及设于筒体上的进气管20和出气管7。筒体内部具有扩张腔，进气管20和出气管7均连通扩张腔，气体经进气管20流入扩张腔后，再经出气管7排出。消声器的筒体内还设有共振腔1，共振腔1和扩张腔由微穿孔铝纤维板2隔开，微穿孔铝纤维板2上设均匀分布、间距25mm、直径0.5mm的孔，且微穿孔铝纤维板2的壁厚为0.5mm。

具体地，图1中所示的筒体内部的出气管7的一端为共振腔1，共振腔1由微穿孔铝纤维板2隔成；各扩张腔和共振腔1沿筒体轴向方向依序设置，从进气管20至出气管7之间其次为第一扩张腔16、第二扩张腔14、第三扩张腔11、第四扩张腔9、第五扩张腔3。其中，进气管20连通第一扩张腔16，出气管7连通第五扩张腔3。

使用时，将进气管法兰盘19与进气管20同发动机排气管连接，内燃机排出的噪声通过消声器的进气管20进入消声器内部的第一扩张腔16时，第一扩张腔16利用管道声学中管道截面积的突变造成声学阻抗的变化，消除气体的低、中频噪声，其余扩张腔进一步达到消除低、中频噪声的效果；排气噪声从第一扩张腔16进入穿孔管I21和穿孔管II211，利用U型波纹管的穿孔管管道声学中管道截面积的连续突变造成声学阻抗变化和吸声材料的吸声特性，消除了排气噪声中的中、高频宽带噪声；而排气噪声进入第五扩张腔3时，与共振腔1的共振频率相同的排气噪声会被共振腔1所拦截，在共振腔1内形成驻波而产生共振，从而消掉低频的排气噪声，传统的阻性消声器难以消除低频噪声，而本发明的消声器设有共振腔1，通过设置共振腔1的共振频率，可以达到消除低频噪声的效果。

针对上述各实施例，共振腔1和第五扩张腔3之间的隔板是微穿孔铝纤维板2，微穿孔铝纤维板2上的小孔连通与共振腔1相邻的第五扩张腔3。该实施例中在微穿孔铝纤维板2一侧设置了共振腔1能够提高微穿孔铝纤维板1的吸声效果，随着端部共振腔1的长度增加，微穿孔铝纤维板2本体的吸声效果会随之增加。由此可见，设置扩张腔、共振腔、微穿孔铝纤维板后，中、低、高频的排气噪声均可以被该消声器消除。由于微穿孔铝纤维板1为纤维结构，则其上具有微缩孔，微缩孔可以作为一种阻尼，当气体流经该微缩孔时，部分能量会被微缩孔阻尼吸收，即具有吸收低频振动噪声的能力。当噪声经第五扩张腔3流向出气管7时，气体的噪声会被第五扩张腔3的微穿孔铝纤维板2吸收低频噪声，从而进一步降低排气噪声。

上述实施例中，为了最大程度地起到滤波作用，达到较好的消声效果，共设置了五个扩张腔，各扩张腔可以通过穿孔管I21、穿孔管II221、U型波纹管V25、内插管I26和内插管II261相连通。如图所示，其中第二扩张腔5中可以设置穿孔管I21、穿孔管II221，且穿孔管I21、穿孔管II221的一端贯穿于第一扩张腔16和第二扩张腔14之间的第一扩张腔隔板15，另一端贯穿第二扩张腔14和第三扩张腔11之间的第二扩张腔隔板12；穿孔管I21、穿孔管II221上设有小孔I23和小孔II231连通第二扩张腔14。从图中可以看出，穿孔管I21、穿孔管II221上设有若干沿其周向、轴向均布的小孔I23，并且小孔I23和小孔II231位于U型波纹管I22、U型波纹管II221、U型波纹管III24和U型波纹管IV241的波峰处；此外，第二扩张腔14中设置有超细玻璃纤维材料，排气噪声从第一扩张腔16进入穿孔管I21、穿孔管II221内，并经小孔I23和小孔II231进入第二扩张腔5内，均布小孔I23有利于排气噪声均匀且快速地进入第二扩张腔14，并被第二扩张腔14中的吸声材料所吸收。如图还可以看出，内插管的数量为两个，分别为内插管I26和内插管II261，二者沿内筒体中轴线方向等间距、对称分布；内插管I26和内插管II261完全相同，并贯穿于第四隔板8，连通第四扩张腔9和第五扩张腔3。

进一步地，为了提高排气噪声中的中、高频噪声的消声带宽和消声量，如图所示，将U型波纹管I22和U型波纹管II24串联，且使二者的波高、波宽、波距尺寸均不相同，这样有益于提高中高频噪声的消声量和消声带宽；此外，穿孔管I21和穿孔管II211的U型波纹管I22、U型波纹管III24与U型波纹管II221和U型波纹管IV241交错布置，这样更充分地利用了第二扩张腔14的空间。从图中可以看到，U型波纹管V25贯穿于第三隔板10，U型波纹管V25连通第三扩张腔11和第四扩张腔9；且第三隔板10连接于U型波纹管连通管25的波峰处，这样既便于第三隔板的安装固定和提高中、低频排气噪声的消声量，又利于降低通过频率的数量。由穿孔管I21和穿孔管II211的描述可知，气体在通过U型波纹管时可以有效地消除中、高频的排气噪声，并提高中、高频的消声带宽。因此，可以想到，各扩张腔之间的连通部件均可以采U型波纹管的结构进行连通，从而在不改变中低频噪声消声量的同时，最大程度地消除排气噪声中的中、高频噪声，解决抗性消声器中截止频率上限的影响高频消声带宽和消声量的问题，极大提高截止频率以上频段噪声的消声带宽和消声量。由于一般情况下出气管7和进气管20之间的距离固定，相应地，扩张腔的长度有限，且需要留出连接出气管7的空间，满足空间需求，故该实施例中第四扩张腔8和第五扩张腔3采用内插管I26和内插管II261连通。因此，该实施例为较为优化的方案。

此外，针对上述各实施例，可以进一步优化。消声器的筒体可以包括外筒体18和内筒体28，并在外筒体18和内筒体28之间填充隔热材料，如图所示，各扩张腔、共振腔1、扩张腔隔板、微穿孔铝纤维板2均位于内筒体28内部。如此设计的消声器形成双层结构，可以降低消声器外表面振动而产生的二次辐射噪声；此外，高温气体通过消声器时，筒体内部温度会升高，并将热量传递至筒体的外壁，显然，设计为双层绝热结构后，可以降低消声器外壁的温度，避免人体烫伤，提高安全系数。外筒体18和内筒体28之间填充的隔热材料可以是隔热石棉30，也可以是隔热泡沫，或是其他具有隔热功能的材料。

另外，上述各实施例中，内筒体28上可以设置吸声小孔，吸声小孔的孔壁采用阻尼吸声材料制成，则气体进入筒体内腔后，吸声小孔也可以在一定程度上降低气体噪声。

以上对本发明所提供的一种内燃机消声器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种内燃机消声器，其特征在于该消声器由前端盖(17)、外筒体(18)、内筒体(28)、后端盖(29)组成一个封闭的筒体，其中内筒体(28)位于外筒体(18)内壁，前端盖(17)和后端盖(29)分别位于筒体的两端；

在所述的筒体内，从左到右顺序设有第一隔板(15)、第二隔板(12)、第三隔板(10)、第四隔板(8)、微穿孔铝纤维板(2)，从左到右顺序隔成第一扩张腔(16)、第二扩张腔(14)、第三扩张腔(11)、第四扩张腔(9)、第五扩张腔(3)、共振腔(1)；

在所述的第二扩张腔(14)内设有两排穿孔管，包括穿孔管I(21)和穿孔管II(211)，分别是由U型波纹管I(22)、U型波纹管III(24)串联构成的穿孔管I(21)和U型波纹管IV(241)、U型波纹管II(221)串联构成的穿孔管II(211)，该穿孔管的两端分别穿过第一隔板(15)和第二隔板(12)与第一扩张腔(16)和第三扩张腔(11)连通，在第二扩张腔(14)内充满超细玻璃纤维(13)；

在所述的第三隔板(10)中间设有U型波纹管V(25)，该U型波纹管V(25)的两端分别连通第三扩张腔(11)和第四扩张腔(9)；在第四隔板(8)中间设有内插管I(26)和内插管II(261)，内插管I(26)和内插管II(261)的两端分别连通第四扩张腔(9)和第五扩张腔(3)；

在所述的第一扩张腔(16)处的筒体侧壁上设有进气管(20)，在所述的第五扩张腔(3)处的筒体侧壁上设有出气管(7)，出气管(7)的外口连接排烟管(5)。

2.根据权利要求1所述的内燃机消声器，其特征在于：所述穿孔管的数目为一个或以上；所述穿孔管包括所述穿孔管I(21)和所述穿孔管II(211)，且所述穿孔管I(21)和所述穿孔管II(211)沿内筒体轴线方向等距对称分布；所述内插管的数目为一个或以上，包括所述内插管I(26)和所述内插管II(261)，所述内插管I和所述内插管II沿内筒体轴线方向等距对称分布。

3.根据权利要求2所述的内燃机消声器，其特征在于：所述穿孔管I由所述U型波纹管I和所述U型波纹管II串联构成，且所述U型波纹管I和所述U型波纹管III的波高、波距及波宽尺寸不同；所述穿孔管II由所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV串联构成，且所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV的波高、波距及波宽尺寸不同；所述U型波管I与所述U型波纹管II构尺寸相同，且所述U型波纹管III与所述U型波纹管IV尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的内燃机消声器，其特征在于：所述述U型波纹管的波节数不小于四；所述穿孔管I上设有小孔I(23)，所述穿孔管II上设有小孔II(231)，小孔I、小孔II沿所述穿孔管I和所述穿孔管II的圆周方向均匀分布在所述U型波纹管I和所述U型波通管III、所述U型波纹管II和所述U型波纹管IV的波峰位置处。

5.根据权利要求4所述的内燃机消声器，其特征在于：所述穿孔管I和所述穿孔管II的小孔I、小孔II连通所述第二扩张腔，且所述小孔I、小孔II的孔径均为4mm。

6.根据权利要求5所述的内燃机消声器，其特征在于：所述第二扩张腔填充有吸声材料，且所述吸声材料为超细玻璃纤维。

7.根据权利要求1所述的内燃机消声器，其特征在于，所述外筒体和所述内筒体之间设有隔热材料；所述隔热材料为隔热石棉。